李沙育图形信号产生电路.ppt

电子系统课程设计,李沙育图形信号产生电路,北京交通大学 侯建军、黄亮、赵翔,课程的目的：,本课程设计是实践教学环节，培养电子电路系统工程设计能力。 建立电子系统的概念，合理利用各单元电路 掌握电子系统设计的基本理论和基本方法 掌握查阅有关资料和使用器件手册的基本方法 掌握用电子设计自动化软件设计与仿真电路系统基本方法 提高工程实践能力和创新意识,电子系统课程设计,课程的任务:,设计并制作一个满足设计任务书功能和指标要求的完整的电子系统（同专业13人一组，自由组合，分组完成） 撰写设计报告（独立完成） 答辩（独立完成）,电子系统课程设计,基本方法：,综合电子系统的分级：系统级、子系统级、单元级、元件级 自顶而下的设计方法：适合层次分明的大系统 自底而上的设计方法：适合手头已有现成的单元电路或模块，系统不太复杂，层次不太分明 核心展开法：在确定核心技术和电路的前提下 系统集成法：利用手头现有模块组装，短时间做系统级设计,电子系统课程设计,设计步骤：,根据任务要求确定系统最终形态、外观、功能和使用方法。 设计系统总体方案，计算系统参数及性能指标，系统仿真，做实验对系统关键技术进行验证，根据仿真和实验结果对方案进行修改。应多拟定几种方案，从中比较选择。 绘制硬件结构框图，将整个系统分解为多个单元模块。 元器件选型，分别设计和调试单元试验电路，含可编程器件测试软件编写。,电子系统课程设计,各单元电路设计，可参考一些典型的实用电路，或者将某几个电路巧妙地组合起来实现某个功能。这时要与选择的元器件进行配合，如果元件选择合适，则电路实现起来就比较简单。,单元电路可用计算机仿真实验。比如，滤波器、放大器参数调整比较繁琐，需要进行多次调整才能达到技术指标的要求。 如果在计算机仿真实验，修改电路参数，观测电路的性能指标，就方便得多，实验效率也高。,设计步骤：,系统试验电路联调，确定最终的硬件电路方案。 设计或选择产品外壳和元器件封装。 综合产品外壳、布局要求和元器件封装绘制印刷电路板。 焊接电路并完成硬件制作。 系统软件编写与完善。 系统总体调试。 系统功能及参数测试。 撰写技术文档（设计报告、使用说明书）。,电子系统课程设计,电子线路综合设计中的抗干扰技术,1布线技术 在电子线路设计中，如果元器件的安装方法与布线不合理，就有可能产生噪声而形成干扰。,（1） 合理布线 所谓合理布线就是设法减小电路中的分布电容、杂散电感。通常有如下方法。,电子系统课程设计,1) 将强、弱信号线分开,强、弱信号线捆扎在一起或平行布线时，当两平行导线中有电流流过时，彼此间将通过磁交链而产生电磁耦合，形成相互间的干扰。,尤其是当输出功率较大时，输出回路的大电流波动足以影响到输入回路。,即使不是功率输出级，只要与输入信号回路的电平相差较大，就应分开布线。,电子系统课程设计,2) 减小布线的环路面积,若电路或导线形成环路，则环内所耦合到的磁通便能感应出电压，从而形成一个电磁干扰源。流过的电流越大或工作的频率越高，这种电磁干扰就越严重。,电子系统课程设计,3) 减小印刷电路板布线的分布电容,当布线条的宽度为3mm、间距为1mm、平行长度为5mm时，则分布电容值为C=0.48pF。 电路工作频率较低，分布电容对电路影响不大。但对于工作频率较高或者对上升沿与下降沿要求十分陡峭的脉冲数字电路来说，这样的分布电容就不能忽略了。,电子系统课程设计,若是双面印刷电路板，则由于两面走线相互重叠平行时的耦合强度远大于单面印刷板，分布电容就相当可观。 可将两面重叠平行的走线相互错开一定的位置，这样可有效地减小双面印刷电路板布线条间的杂散分布电容。,电子系统课程设计,（2） 元器件和导线的固定,电子系统内部的元器件和导线固定不良，在外因的作用下会诱发振动而产生噪声干扰电压，尤其是高频电路受到振动时产生的噪声干扰电压更为显著。,特别注意元器件和导线的稳妥固定。对于质量较大的元器件不可用其自身的引线来固定，应该采取另行的固定措施，必要时还要釆取减振措施如安装橡胶垫圈等。,电子系统课程设计,通常采取捆扎走线的方法来固定导线 将若干走向相同的导线捆扎在一起。从电路的导线固定和布置、检修等角度来看，这样做都是可取的。,不可将高低电压线、强弱电源线、交直流信号线捆扎在一起。否则，会形成相互间的干扰，以至影响系统的正常工作。 电压等级相近的信号线、高压电源线和大电流负载线等分别归类、捆扎。,电子系统课程设计,2寄生振荡及其抑制方法,（1）较容易产生寄生振荡的电路 具有高增益的放大电路。 高频电路中存在较大的分布电容、分布电感。 单级放大器的放大倍数过大。,电子系统课程设计,电路的输入和输出端相距过近，或输入与输出环路交链的面积过大或平行走线。 电路接地不良，接地点选择不合理，接地线过长。 多级放大器共用同一个直流电源，且电源去耦滤波不良。 负反馈电路反馈过深。,电子系统课程设计,（2）抑制寄生振荡的一般方法,1）频率补偿 在放大器输入与输出回路之间或是在并联的反馈回路中接入补偿电容C，利用其密勒效应使较小的电容在输入回路中等效为一个较大的补偿电容，从而改变主极点的频率。补偿电容的取值一般为几皮法到几十皮法。,电子系统课程设计,2) 电源滤波 多个集成运放共用一个直流电源，通过电源内阻的耦合有时会产生低频振荡。采用电源去耦的方法可以有效抑制低频振荡。,R一般为几十欧姆至几百欧姆,电子系统课程设计,(3)减小增益 通过减小电路的增益或减小单级电路的增益而增加放大器的级数，使电路的总增益保持不变，可消除因某级电路增益过高而产生的自激。,电子系统课程设计,多级电路用一个电源时，电源内阻不可能为零，故各级信号电流流过电源时会在电源内阻和引线电感上产生电压降。交流信号产生的压降会送往其他各级，从而改变各级的输入信号的大小和相位，这种现象称为寄生反馈。这种寄生反馈可能形成正反馈，产生白激振荡。,电子系统课程设计,3. 接地技术,低频电路一点接地,RD1、RD2称为地线电阻。如果地线电阻上的瞬时电压与输入信号电压的极性相同，则会形成正反馈，产生自激振荡。如果极性相反，则放大器的性能会下降。,电子系统课程设计,特别是信号的频率较高或存在高频分量时，地线越长，所呈现的电感越大，这种压降还会产生一定的相移，使放大器的性能严重下降。放大器的级数越多，级间串扰越严重。,一点接地的技术减小地线电阻和电感的影响,级间地线的引线要尽可能短而粗，以减小地线引线电阻和电感对电路的影响。 电路中同时存在模拟电路、数字电路、放大电路以及测量电路等，先将各自电路一点接地，再将这些地线呈放射状排列并联一点接地，可大大减小因地线串联而造成的电位差所产生的干扰。,检查示波器接交流电源的地线与实验室总电源的地线是否可靠连接； 检查示波器连接输入信号的探头的地线是否与被测电路的地线可靠地连接。,仪器先接地线再测量,另一种地线干扰是由电子测量仪器接地不良或未接地引起的。,如果将示波器的电压灵敏度降低，高频信号叠加在50Hz的干扰电压波形上。,仪器的信号线与地线的连接,如果测量仪器的信号线与地线接反，被测电路的地线是悬浮的，对地会产生分布电容C。由于分布电容产生的电压会对被测电压的幅度和相位都会产生影响，从而导致测量结果错误。,特别是随着信号的频率升高，测量结果的错误就会越来越严重。,高频电路多点接地:,当电路的工作频率高于1MHz，以至地线的长度达到信号波长的14时，谐振会使地线阻抗迅速减小，从而向外辐射噪声信号，产生严重的干扰。所以应尽量采用短而粗的导线作为连接线。高频电路的接地方法是“就近接地”，即多点接地的方法，可以减小地线的阻抗。,电子系统课程设计,4 . 屏蔽与隔离耦合技术,测量系统中的仪器设备、被测电路、元器件、连接线、大地和人体之间都存在着分布电容。随着工作频率的升高，分布电容的影响会越来越大，空间电磁耦合干扰也就越严重。,(1) 屏蔽抑制电磁干扰 收听广播电台的节目时，有时会听到其他电台的声音或者人体靠近某些电路或测量仪器时，会对电路或仪器产生干扰，称这一类的干扰为空间电磁耦合干扰或电磁兼容。,电子系统课程设计,电子系统课程设计,(2) 变压器隔离耦合,一个系统的传输通道的两端都接地，则长线传输会形成地线干扰。这时，采用变压器隔离耦合技术，将地线环路切断，可有效地抑制干扰。,电子系统课程设计,（3）光电隔离耦合,光电隔离耦合采用一种以光为媒介来传输电信号的元器件，可以使输入信号与输出信号在电气上隔离。 VT就是光耦合器件，特别适合传输脉冲数字信号，并克服了变压器隔离耦合不能传输直流和不易传输低频信号的缺点。,电子系统课程设计,4N25系列开关速度只有几千赫兹左右。对于工作速度要求较高的电路是不适合的。这时应选用高速光耦合器件。,电子系统课程设计,李沙育图形信号产生电路,知识点回顾：,1. 示波器的使用； 2. 正弦波振荡器的设计； 3. 分频电路、放大电路等其它相关电路的设计； 4. 滤波、相移电路的设计。,李沙育图形信号产生电路,实验概述： 李沙育图形信号产生电路可用中规模数字、模拟集成电路和可编程逻辑器件构成。 主要由波形产生电路、滤波电路和移相电路等构成。通过波形产生电路、滤波电路和移相电路等电路参数设计，可以夯实电子技术课程的基本概念和基础理论，为后续专业课程设计打下良好的基础。,李沙育图形信号产生电路,实验目的： 通过李沙育图形信号产生电路的设计，掌握波形产生电路、滤波电路和移相等电路的精确设计，评价相移电路的误差原因加深对相关理论的深刻理解。 掌握调节波形发生器和相移电路的主要参数特性及其测试方法，掌握增加显示图形精度的方法提高学生理论和实际相结合的能力。,李沙育图形信号产生电路,技术指标及设计要求,1. 基本要求,（1）设计并制作一个产生两路正弦信号的电路（基准频率20KHz左右），分别作为示波器的X、Y轴输入，在双路示波器显示，要求比例分别为1:2、1:4。示波器输出理想图形如图1所示。,技术指标及设计要求,1. 基本要求,（2）调试电路，思考以下问题。 1）问题思考：试述被测的产生两路波形电路有什么不同。 2）仪器操作：哪一路是标准信号，哪一路为变化信号？ 3）稳定度研究：（A）阐述图形的稳定度和不闪烁原理。 （B）桥式振荡输出正弦波加入稳幅电路后，出现严重交越失真，造成的原因是什么？如何改进？ 4）方法研究：（A）测量频率可用哪些方法。 （B）当用示波器测量选频网络的输入输出时，出现停振现象，造成的原因是什么？,技术指标及设计要求,2. 发挥部分,（1） 设计并制作一组移相分别为0、45、90、180的移相电路。完成对基准正弦信号的移相，作为X轴输入信号。要求移相电路的增益为1，增益误差不大于5%，移相误差不大于5。 （2）设计并制作一个单位增益的程控移相电路，使得上述四路信号能够自动循环显示。,技术指标及设计要求,技术指标及设计要求,（3）调试电路，思考以下问题。 1）当两路波形成整数倍，但李沙育波形不同步，可能是什么原因？如何解决。 2）如何做出倍频电路？设计3倍频和5倍频。,2. 发挥部分,技术指标及设计要求,3. 附加部分,改进电路，产生比例为1:3两路正弦信号，输入示波器，示波器两路输入后显示理想波形如下。,电路示意框图,三、参考电路框图,文世桥正弦波振荡器,当幅度和相位满足起振条件时，可以在振荡器的输出端得到正弦波，频率为： （其中R1=R2=R、C1=C2=C）。,R1、R2、C1和C2与运算放大器同相输入端相连，构成正反馈的选频网络。 R3和R4与运算放大器反相输入端相连，构成负反馈的放大网络。 注： R3在实际焊接时可使用电位器， R3取值过大会导致输出正弦波失真， R3取值过小会导致无法起振。,实物制作要求：,采用通用板或PCB板焊接。 作品实物应配有操作说明，电路电源接口、输入输出接口标注清晰明确，并且输入、输出固定。 电路焊接良好可靠，布线整洁美观。 作品电源可使用实验室直流稳压电源、成品电源模块、电池或自制电源。,电子系统课程设计,设计报告要求：,一、设计任务要求 二、设计方案及论证 任务分析 文字说明及理论计算 方案比较 至少两种方案 系统结构设计 文字说明及原理框图 具体电路设计 完整的电路原理图及文字说明 三、制作及调试过程 制作与调试流程 遇到的问题与解决方法,四、系统测试 测试方法（含接线图） 测试数据（表格） 数据分析和结论 五、系统使用说明 系统外观及接口说明 含23张实物照片 系统操作使用说明 六、总结 本人所做工作 收获与体会 对本课程的建议 七、参考文献,设计报告模板,电子系统课程设计,报告用A4纸按模板要求打印，正文版面上、下各空2.54cm，左、右各空3.17cm。 正文 第一层次标题用四号字，黑体，1.5倍行距，前后各0.5倍段间距； 第二层次标题用小四号字，黑体，1.5倍行距，前后各0.5倍段间距； 题序和标题之间空两个格，不加标点； 正文中文用五号宋体字，英文用五号Times New Roman字体，1.5倍行间距。 目录 目录内容用小四号宋体字，1.5倍行间距，目录页码应由系统自动生成。 图 正文中所有图均应有图题和序号，并在文中提及。序号采用“章节-序号”方式标注，“序号+空格+图题”，置于图的正下方居中放置，小五号宋体字。例：“图3-1 系统总体构图”。,表 正文中所有表格均应有表题和序号，并在文中提及。需要采用“章节-序号”方式标注，“序号+空格+表题”，置于表的正上方居中放置，小五号宋体字。例：“表4-1 系统测试数据”。 式 正文中所有公式、算式均应有序号，并在文中提及。需要采用“章节-序号”方式标注，置于式子右侧并用圆括号括起来，靠右对齐，五号宋体字。例：“（式2-1）”。 参考文献 顶格写，按“作者.书名或文题.地名:出版社(或期刊)名,出版年份(或期刊卷期次)：页码”（中译本应在书名后加译者名）的次序排列。,电子系统课程设计,答辩要求：,采取独答辩方式，涉及以下内容： 系统设计思路、工作原理。 系统设计制作过程、遇到的问题及解决的方案。 参照电路原理图和电路实物阐述电路的功能、参数计算方法。 本人在系统设计制作过程中起到的作用。,电子系统课