超低频可调正弦信号发生器

1、 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 课程设计（论文）课程设计（论文）题目：题目：超低频可调正弦信号发生器超低频可调正弦信号发生器 院（系）：院（系）： 电子与信息工程学院电子与信息工程学院 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字）起止时间：起止时间： 2012.7.22012.7.22012.7.132012.7.13 本科生课程设计（论文）- I -课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语院（系） 电子与信息工程学院 教研室：电子信息工程本科生课程设计（论文）- II -注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计

2、算学 号学生姓名专业班级课程设计题目超低频可调正弦信号发生器课程设计（论文）任务基本参数及要求：1 设计并制作一台超低频可调正弦信号发生器2 线性失真度不大于 0.5%3 最低频率 1HZ。 设计要求1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4 组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的

3、流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。进度计划1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的设计要求。 （1 天）2、确定振荡方式，设计超低频可调正弦信号发生器接线图。 （2 天）3、设计超低频可调正弦信号发生器各个单元电路图。 （2 天）4、绘制总体电路图。 （2 天）5、对系统进行仿真，分析系统性能。 （2 天）6、撰写、打印设计说明书（1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日本科生课程设计（论文）- III -摘 要超低频可调正弦信号发生器具有产生可变低频信号的功能，可用于通讯设备的测试和故障的检修。正弦信号可用 RC 振荡电路产生

4、，在该电路的负反馈加入二极管用来稳幅产生的信号。但由于信号还比较弱，带负载能力差则输出前需要通过电压放大器和功率放大器来提高带载能力。设计信号发生器时考虑到信号可调，则在振荡器正反馈支路电阻串联滑动变阻器使得振荡发出的信号频率通过改变电阻而改变。再者振荡电路中的两个稳幅二极管选择一定要型号一致。信号通过电压放大器放大时，放大器电路选择射极偏置电路，这样容易得出较高放大倍数的信号波。功率放大器选择甲乙类单电源互补对称电路，因为它的管耗低，效率却高出了双电源的一倍。功放管电路中加入两个型号相同且门槛电压与三极管 Vbe 相同且同向串联接入电路中。通过个单元电路的设计组合成的超低频可调正弦信号发生器

5、，具有产生低频可调稳幅的正弦信号。经过部分单元电路的仿真结果达到了预期的效果。关键词：超低频；振荡；放大器；反馈本科生课程设计（论文）- IV -目 录第 1 章 超低频可调正弦信号发生器设计方案论证 .11.1 超低频可调正弦信号发生器应用意义 .11.2 超低频可调正弦信号发生器设计要求及技术指标 .11.3 设计方案论证 .11.4 总体设计方案的框图及分析 .2第 2 章 超低频可调正弦信号发生器各单元电路设计 .32.1 RC 振荡电路设计 .32.2 电压放大电路设计 .42.3 功率放大电路 .5第 3 章 超低频可调正弦信号发生器整体电路设计 .63.1 整体电路图及工作原理

6、.63.2 电路参数的计算 .73.3 整体电路的性能分析 .8第 4 章 课程设计总结 .10参考文献 .11附录 .12本科生课程设计（论文）1第 1 章 超低频可调正弦信号发生器设计方案论证1.1 超低频可调正弦信号发生器应用意义本产品可用于通信设备的测试和障碍检修，也可快速、准确的寻找出电视机、音响、收音机及其它低频放大电路的故障点。同时在农业、工业、生物医学、教学、广播电视系统、航天科学等领域也可用此种函数发生器来测试发出的低频正弦波形。可见，正弦波振荡电路在各个科学技术领域的应用是十分广泛的。1.2 超低频可调正弦信号发生器设计要求及技术指标技术指标：1 设计并制作一台超低频可调正

7、弦信号发生器。2 线性失真度不大于 0.5%3 最低频率 1HZ。设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4. 组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。1.3 设计方案论证 总体方案流程为振荡器、电压放大器、功率放大

8、器，根据流程中的不同元器件设计制定了两套方案，方案如下： 方案一：振荡器采用普通 RC 振荡电路，电压放大器为同相放大电路，功率放大器采用甲乙类双电源互补对称电路。本科生课程设计（论文）2 R方案二：振荡器 RC 振荡电路，其反馈电路中一个电阻同时并联两个反向并联二极管，电压放大器为共射级放大电路，功率放大器采用甲乙类单电源互补对称电路。经比较此次用方案二。虽然方案一结构简单容易设计，但振荡器产生信号不稳定，功率放大器管耗大效率相对低。而方案二振荡器带入二极管，使之产生稳幅振荡，功率放大器管耗相对低，效率高，考虑技术指标和实验要求此次设计采用方案二。1.4 总体设计方案的框图及分析本设计通过此

9、低频信号发生器采用晶体管开关电路，使电容器自动地充电和放电而产生低频振荡。振荡电路产生可调低频信号再由电压放大电路提高信号，功率放大器增大功率提高带载能力。RC 振荡电路电压放大电路功率放大 电路直流电源图 1.1 超低频可调正弦信号发生器本科生课程设计（论文）3第 2 章 超低频可调正弦信号发生器各单元电路设计2.1 RC 振荡电路设计 频率特性为：Fv=22)0(31wwoww 相频特性为： =-arctanF)(310wwww 当振荡频率 W=W =时，此时的频率响应的幅值最大，即0RC1图 2.1 RC 振荡电路本科生课程设计（论文）4 F=,max31而且=0。F 要想使振荡信号由弱

10、到强逐渐建立起来，并最终趋于稳定，开始时 Av=略大于 3，达到稳定后 Av=3，可得出自激振荡的起振幅度条件为343RRR AF=1。当振荡频率 W=W =时，RC 正反馈网络的相移为 0，反馈系数最大，0RC1等于 1/3。为了保证振荡器起振，应有1,故 Av3。R3、R4 组成负反馈，其电压放大倍数 Av=,所以要求 R 2R432.2 电压放大电路设计放大倍数是反映电路对信号的放大能力的一个参数，低频放大器的电压放大倍数是指输入、输出电压有效值之比：Av=Uo/Ui.电路图如图所示由设计参数得出该电压放大电路的增益 Av=-R/r，=100，则 R=3.3k，r=2.06k 得 Av

11、约为 160。得出此设计参数完全达到了放大振荡信号的能力，为输出适当的电压信号提供了保证。图 2.2 共射级放大电路本科生课程设计（论文）52.3 功率放大电路 功率放大器的任务是对信号进行功率放大，提供不失真且功率足够大的信号，以推动负载工作，功率放大器除了有较大的输出功率外，还应该有较高的效率。与 OCL 电路比较，它的最大特征是使用了单一电源供电，此时 V1 和 V2 的地发射及对地不在是零电位。电路图如图所示。 由于 V1 和 V2 的对称性，锁定了 V1 和 V2 发射极的静态电压为 Vcc/2,因此静态电容器两端电压为 Vcc/2.这与 OCL 电路也有所不同。 当有信号 vi 时

12、，在信号的负半周期，V1 导电，有电流通过负载 R1，同时向 C 充电；在信号正半周期，V2 导电，则已充电的电容 C 起着电源-Vcc 的作用，通过负载 R1 放电。只要选择时间常数 R1C 足够大（比信号的最长周期还大的多），就可以认为用电容 C 和一个电源 Vcc 可代替原来的甲乙类双电源互补对称电路中的 Vcc 和-Vcc 两个电源的作用。图 2.3 甲乙类单电源互补对称电路本科生课程设计（论文）6第 3 章 超低频可调正弦信号发生器整体电路设计3.1 整体电路图及工作原理图 3.1 超低频可调正弦信号放大器电路本科生课程设计（论文）7上图所示是一个频率可调的低频正弦信号发生器。它由

13、741 运算放大器及正负两个反馈构成主要部分，再由单级共射级放大电路和甲乙类单电源互补对称电路组成信号放大和功率提高部分。信号发生器部分正反馈支路由六个电容 C1C6 和与之相连的两个滑动电阻R1，R2，两个定值电阻 R3,R4 组成。负反馈支路由电阻 R5，R6，R7 和两个二极管 D1，D2 组成，两个反馈支路结合构成 RC 桥式振荡。振荡频率分为三个频段，通过改变 C1C6 和 R1，R2，使得输出正弦信号 v1 变化。振荡频率调节范围为20Hz20kHz。电压放大倍数 Ad =（R5+R6+R7）/R6，只要 Rd 稍大于 3，即可满足起振条件。R5 两端并联了两个二极管 D1，D2，

14、起作用是稳定振荡幅度。当输出幅度因某种原因增大时，流过 D1，D2 的电流也增大，二极管的动态电阻将减小，负反馈加强，增益下降，振荡幅度自动降低。设二级管的门槛电压为0.6V，则稳幅时振荡器输出电压 v1 约为 8V。3.2 电路参数的计算 (1) RC 振荡部分的参数设计 计算 R,C 的值，根据已知条件,C=1/2fR,f1,得 RC1/2。 选择电阻和，电阻和可根据2来确定，通常取 RFRRFRFR R=2.1，这样既能保证起振，又不致引起严重的波形失真。稳幅后 R5 变成FRR1.1k，得出输出信号电压值约为 8.35V。 稳幅电路的作用及参数选择在实际电路中，由于元件误差、温度等外界

15、因素的影响，振荡器往往达不到理论设计效果。因此，一般在振荡器的负反馈支路中加入自动稳幅电路，根据振荡幅度的变化自动改变负反馈的强弱，达到稳幅的目的。稳幅二极管的选择应注意以下两点1） 为了提高电路的温度稳定性，应尽量选用硅管。2） 为了保证上下振荡对称，两个稳幅二极管特性参数必须匹配.通过参数的计算振荡频率有三个范围即：20Hz200Hz；200Hz2kHz：2kHz20kHz；(2) 电压放大器参数设计分析与测试根据振荡发出的信号设计电压放大参数,它的放大倍数约为 160。 (3) 低频功率放大部分参数设计分析与测试由于 OTL 电路中三极管的实际静态电压是 Vcc/2,所以在以下分析中，遇

16、到 本科生课程设计（论文）8OTL 电路的对应问题，应该将电源电压用 Vcc/2 代入。1. 功放的最大输出功率 Pom理论上可以证明，当忽略三极管饱和压降的影响时，OCL 电路的最大输出功率为 Pom=。LccRV22作为测量参数，人们实测的是最大不失真输出平均功率，测量应该在标准条件下进行，在功率放大器的输入端加入频率大于 1HZ 的正弦波信号，并逐渐增iu加的幅度，用示波器观察负载两端电压波形，直到放大器输出电压幅度最大而iu又不出现饱和失真为止，用毫伏表测量输入，输出电压，。则最大不失真输iuou出平均功率为 Po=/。VO2RL忽略了三极管饱和压降的影响后 Vcc 实际上就是 Vo

17、的最大值。因为毫伏表的读数是交流电的有效值，在实测中使用此公式比较方便。2. 电源供给的平均功率DCP在直流电源上连接电压表和电流表，使之能够测量直流电源的输出电压和输出电流；再在功率放大器输入端接入频率大于 1HZ 的正弦波信号，用示波器观iu察输出波形，当输出最大而又不失真时，读取电流参数和电压参数 Vcc，实际coI电源供给平均功率为COCCDCIVP这个功率显然包含了前级放大器的损耗，但由于前级放大器损耗相对总平均损耗而言是很小的，而且前级放大器总是与功放电路紧密配合使用，故上式能够反映功率放大器的真实工作参数。若去除功率放大电路的激励级的损耗影响，功放对管电路上的理想损耗为 2。Lc

18、cRV/23. 功率放大器的效率功放的效率定义为：输出平均功率 Po 与电源供给平均功率的比值。DCP4. 最大管耗最大管耗指放大器在发挥最大不失真输出平均功率条件下，在输入信号一个周期内三极管消耗功率的平均值。可见，选择功放三极管时，为了能够保证三极管正常工作，要求三极管最大管耗不应超过三极管的最大允许功耗即,cmPcmomcmPPP2 . 03.3 整体电路的性能分析通过设计与不断的改善，该电路能够产生满足设计要求一定频率和幅度的正本科生课程设计（论文）9弦交流信号。其中最重要的部分就是振荡电路的设计，而它的信号是靠自激振荡产生的，也就是通过 RC 选频网络来实现的。电压放大部分实现了对输

19、入电压的放大作用。功率放大部分对信号进行功率放大，提供不失真且功率足够大的信号，以推动负载工作。它除了具有较大的输出功率外，还有较高的效率。所以总体上来说，此电路达到了设计的要求，实现了超低频正弦信号发生器的作用。部分单元电路仿真如下图：图 3.2 RC 振荡器起振图 3.3 RC 稳幅图 3.4 电压放大器放大信号本科生课程设计（论文）10第 4 章 课程设计总结该超低频正弦信号发生器通过 RC 振荡产生信号，再通过电压放大器和功率放大器产生一定频率和功率的正弦信号波本次设计完成后如果没正弦波出现，可能的问题是振荡器起振条件没有达到，即应先保持振荡增益 A1 略大于 3 调节滑动变阻器 R3 完成。出现波后再调整 R3使得 A1 等于 1 让震荡波稳幅振荡。如果波通过功率放大器后未能显示出