标准信号发生器

1、模拟电子技术基础课程设计(论文) 标准信号发生器电路 院（系）名称电气 专业班级 学号 学生姓名 指导教师起 止 时 间： 2015.7.62015.7.19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 学 号学生姓名专业班级电气课程设计（论文）题目标准信号发生器电路课程设计（论文）任务任务要求：波形的产生及变换电路是应用极为广泛的电子电路，现设计并制作能产生标准方波波形信号输出的函数发生器。波形产生电路的关键部分是振荡器，而设计振荡器电路的关键是选择有源器件。技术要求：1、确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。2、方波幅值5V，2V，1V（峰-峰值）。3、

2、输出的各种波形工作频率范围1.5kHz。4、设计电路所需的直流稳压电源。5、利用Multisim（或EWB）进行电路仿真与调试指导教师评语及成绩平时成绩： 答辩成绩： 论文成绩： 作品成绩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：平时成绩占20%，答辩成绩占20%，论文成绩占40%，作品成绩20%。本科生课程设计（论文）摘 要随着电子技术的发展和测试用信号源的广泛应用，锯齿波和正弦波、方波、三角波作为常用的基本测试信号，方波电路作为时基电路已在仪器仪表中得到广泛应用。一般信号是由不同频率，幅度和相位的正弦波叠加而成的。傅里叶分析法与信号系统的频域分析提供了途径。有源滤波放大电路能够从方波信号

3、中提取某一固定频率的正弦信号并放大。有源滤波电路有一个中心频率，中心频率点的信号幅值衰减最少，可以达到滤波的效果。通过迟滞比较器和RC积分电路，可以实现方波信号的产生，其中由集成运算放大器构成的方波信号发生器具有结构简单、调试方便的优点，本文主要对标准方波波形信号发生器电路作深入分析。设计中多用到模拟电子基础技术中的知识，以充分复习和应用自己已经学过的知识。 本系统采用Multisim仿真软件进行仿真测试。在保证功能的前提下控制器件成本。采用单面印制电路板对整体电路进行合理的布线，并进行焊接与调试。各输出信号均达到设计要求且稳定工作。关键词：方波信号；直流稳压电源；迟滞比较器目 录第1章 绪论

4、11.1标准信号发生器电路发展概况（或研究现状）11.2本文研究内容1第2章 标准信号发生器电路总体设计方案22.1标准信号发生器电路设计方案论证22.2总体设计方案框图及分析2第3章 标准信号发生器电路单元电路设计43.1标准信号发生器电路具体电路设计43.1.1 方波信号和迟滞比较器电路设计43.1.2直流稳压电源设计73.1.3标准信号发生器电路设计93.2 元器件型号选择103.3 参数计算103.4标准信号发生器电路总体电路图11第4章 标准信号发生器电路仿真与调试124.1 Multisim仿真与调试124.2 仿真结果分析12第5章 总结13参考文献14附 录 I15附 录 II

5、16II第1章 绪论1.1标准信号发生器电路发展概况（或研究现状）近年来随着GSM、GPRS、3G、B1ueTooth乃至己经被提出的标准的4G等移动通信以及LMDS、无线本地环路等无线接入的发展，同时加上合成孔径雷达、多普勒冲雷达等现代军事、国防、航空航天等在科技上的不断创新与进步，世界各国非常重视频率合成器的发展。所有的这些社会需求以及微电子技术、计算机技术、信号处理技术等本身的不断进步都极大刺激了频率合成器技术的发展。可以预料，随着低价格、高时钟频率、高性能的新一代DDS芯片的问世，DDS的应用前景将不可估量！1.2本文研究内容本文研究内容为设计一款幅度可调的标准信号发生器电路。使用集成

6、运算放大器为主要器件组成迟滞比较器，设计合适的直流稳压电源电路等核心部件。选择合适的外围分立元件组成标准信号发生器。通过对调节外围分立元件的参数的调整，实现幅度可调。分立元件的数量相对较少，结构简单、性能稳定。技术要求：1、确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。2、方波幅值5V，2V，1V（峰-峰值）。3、输出的各种波形工作频率范围1.5kHz。4、设计电路所需的直流稳压电源。5、利用Multisim（或EWB）进行电路仿真与调试17第2章 标准信号发生器电路总体设计方案2.1标准信号发生器电路设计方案论证标准信号发生器在根据设计要求，我提出以下两种方案方案一：用正弦波振荡器产生正弦波输出

7、，正弦波信号通过变换电路得方波输出。文氏桥振荡器（RC串-并联正弦波振荡器）产生正弦波输出，其主要特点是采用RC串-并联网络作为选频和反馈网络，振荡频率可通过改变RC的数值得到不同频率的信号输出，为了使输出电压稳定，需采取稳幅措施。用集成运放构成电压比较器，将正弦波信号转化为方波信号输出。 方案二：用NE555集成芯片外接几个电阻电容，和二极管设计一个发生器。方案三：使用迟滞电压比较器加一个RC充放电回路构成的负反馈网络作为简单的方波信号发生器。线路简单，输出信号稳定，比较合适于方波产生信号。结论：方案三与其它两个相比结构更加简单明了，元器件使用少，构成成本比较低，制作起来简单方便。所以本文决

8、定采用方案二来完成课程设计。（2）直流稳压电源直流稳压电源一般由电压变压器、整流滤波电路及稳压电路等组成，是电子电路和电子系统中不可缺少的重要组成部分，集成稳压器在电源设备中得到广泛应用。结论：为了符合设计要求并考虑实际能力，本文采用串联式反馈稳压电源2.2总体设计方案框图及分析（1）标准信号发生器框图与分析分析：方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。由于方波或矩形波包含极其丰富的谐波，因此，这种电路又称为多谐振荡电路。它在迟滞比较器的基础上，增加了一个由、组成的积分电路，把输出电压经过、反馈到比较器的反相端。 迟滞比较器RC反馈网络反馈 图2.1信号发生器框图（2）

9、直流稳压电源框图和分析分析：本电路将220V，50Hz的交流电压通过变压器变成使用的电压在经过整流电路得到单向电压、经过滤波电路得到相应频率的电压，最后经过稳压电路得到所需电压。变压电路整流电路滤波电路稳压电路图2.2直流稳压电源框图（3）综合总体框图 图2.3 综合总体框图第3章 标准信号发生器电路单元电路设计3.1标准信号发生器电路具体电路设计3.1.1 方波信号和迟滞比较器电路设计（1）迟滞比较器电路图 该模块由迟滞比较器电路组成，由图3.1所示，可知电路的正反馈系数F为： F=R3/(R3+R4) (3-1)在接通电源的瞬间，输出电压为正为负纯属偶然。设输出电压偏于正饱和，即Vo=+V

10、z,时，加到电压比较器同相端的电压为+FVz，而加于反相端的电压，由于电容器C上的电压Vc不能突变，只能由输出电压Vo通过电阻R1按指数规律向C充电来建立。显然，当加到反相端的电压Vc略等于+ FVz+时，输出电压便立即从正饱和值迅速翻转到负饱和值，-Vz又通过R1对C进行反向充电，直到Vc略等于-FVz时，输出状态再次翻转过来，如此循环，形成一系列的方波输出。方波周期为： 如适当选取R1R2的值，可使F=0.462，则震荡周期可简化为T=2RfC。图3.1双向限幅方波产生电路（2）方波发生器整体电路图如图3.2所示，迟滞比较器和RC反馈网络组成方波信号发生器。该电路的振荡频率为： （3-2）

11、 方波的输出幅值为： = （3-3）把迟滞比较器和RC反馈网络首尾相连形成正反馈闭环系统，如图4.1。迟滞比较器的方波经过RC反馈网络可得三角波，三角波又出发比较器自动翻转转为方波，这样就构成了方波发生器。图3.2方波发生器整体电路图（3）方波发生器整体电路工作原理在迟滞比较器的基础上增加一个由、组成得到积分电路，把输出电压经过、反馈到比较器的反相端。在比较器的输出端引入限流电阻和两个背靠背的双向稳压管就组成了一个如图4.1所示的双向限幅方波发生电路。电路的正反馈系数F为： 在接通电源的瞬间，输出电压究竟是偏于正向饱和还是负向饱和，那纯属偶然。设输出电压偏于正饱和值，即时，加到电压比较器同相端

12、的电压为，而加于反相端的电压，由于电容器C上的电压不能突变，只能有输出电压通过电阻按指数规律向C来充电建立，充电电流为。显然，当加到反相端的电压略正于时，输出电压便立即从正饱和值（）迅速翻转到负饱和值（），又通过对对进行反向充电，充电电流为。直到略负于值时，输出状态再翻转回来。如此循环不已，新城一系列的方波输出。图3.3画出了在一个方波的典型周期内，输出端及电容器上的电压波形。设时，则的时间内，电容上的电压将以指数规律由向方向变化，电容端电压随时间变化规律为 （3-4）设T为方波的周期，当时，,代入上式可得对T求解，可得（3-5）如适当选取和的值，可使F=0.462，则振荡周期可简化为，或振荡

13、频率为（3-6） 在低频范围（如10Hz到10kHz）内，对于固定频率来说，此电路尚可。当振荡频率较高时，为了获得前后沿较陡的方波，以选择转换速率较高的集成电压比较器代替运放为宜。 3.3 方波周期图 3.1.2直流稳压电源设计（2）整流电路本电路的目的在于从220V、50Hz的交流电压中得到直流电压。当输入为220V交流电压时候，首先通过变压器降为25V左右的交流电压。整流部分选用了全波桥式整流电路，输出为32V的直流电压，电路如图3.4所示： 图3.4 变压，整流电路图（2）滤波电路滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一半由电抗原件组成，如在负载电阻两端并联电容或于负载串联电感，以及电容

14、、电感组合而成的各种复式滤波电路。特点是导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦。电路图如图3.5所示，本部分采用电感滤波。图3.5 滤波电路（3）直流稳压电源整体电路图，如图3.6所示： 图3.6 直流稳压源整体电路工作原理:电路如图3.6所示，为电源变压电路，它的作用是将交流电网电压变成整流电路要求的变流电压，是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。由于电抗原件在电路中游储能作用，串联电感在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就能把能量释放出来，使负载电压比较平滑、即电感具有平波的作用，当忽略电感的电阻时，负载上输出的平均

15、电压和纯电阻负载相同。电感滤波的特点是整流管的导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦。缺点是由于铁心的存在、体积大、笨重，易引起电磁干扰，一半只适用于低电压 大电流场合。如果想进一步减小负载电压中的纹波，电感后面再接一个电容来构成。如图3.4这种稳压电路的主要贿赂是起调整作用的与负载串联，故称为串联式稳压电路。输出电压的变化量由反馈网络取样经放大电路（）放大后去控制调整管的极间电压降，从而达到稳定输出电压的目的。稳压源里可简述如下：输入电压增加时，输出电压增加，随之反馈电压也增加。与基准电压相比较，其差值电压经常比较放大电路放大后使和减小，调整管的极间电压增大，使下降，从而维持基本恒定。同

16、理，当输入电压减小（或负载电流增加）时，也将使输出电压基本保持不变。 从反馈放大电路的角度来看，这种电路属于淡雅串联负反馈电路。调整管连接成电压跟随器。因而可得或式中是比较放大电路的电压增益，是考虑了所带负载的英雄，与开环增益不同。在深度负反馈条件下，时，可得，表明，输出电压与基准电压近似成正比，与负反馈系数成反比。当及已定时，也就确定了，因此它是设计稳压电路的基本关系式。3.1.3标准信号发生器电路设计结论：波形的产生及变换电路是应用极为广泛的电子电路，本文所设计的是能产生标准方波波形信号输出的函数发生器。波形工作频率范围1.5kHz以下连续可调，方波幅值5、2、1V（峰值）连续可调。本电路

17、的功能是将电网电压作输入信号，经过变压、整流、滤波和稳压产生直流的12V稳压电源。标准信号发生器电路如图3.7所示：图3.7标准信号发生器电路图3.2 元器件型号选择(1)稳压管的选择稳压管的作用是限制和确定方波的幅值，此外方波振幅和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关，为了得到稳定而又对称的方波输出，通常都选用高精度双稳压二极管，如2DW7.R。是稳压管的限流电阻,其值根据所用稳压管的稳压电流来确定。稳压管的电压。(2)整流滤波电路当电网电压最低为176（衰减20%）时，必须保证，又为保证整管工作于放大区，取,此时变压器次级电压有效值，变压器匝数比,可采用12：1的变压器。(3)整流二极管的选

18、择二极管的容量可按流过的平均电流和承受的最大反向电压来选择，并注意留余量，在桥式整流、电感滤波电路中每只二极管可按照,来选择。（4）集成运算放大电路的选择在方波发生器电路中，用于电压比较器的集成运算放大器，其转换速率应满足方波频率的要求。当方波频率较高（几十千赫兹以上）或对方波前、后沿要求较高时，应选用高速集成运算放大器来组成滞回比较器。3.3 参数计算（1）分压器电阻和的确定和的主要作用是提供一个随输出方波电压而变化的基准电压,并决定方波的幅值。所以和的阻值应根据方波的峰值要求来确定。例如,已知,若要方波的峰值为2.5V、1V、0.5V;125、50、25;。如果要求幅值可调,则应选用电位器

19、。（2）、值的确定、的值可根据方波的振荡频率来确定。当、的值确定后，先选定的值，再确定的值，一般积分电容不宜超过。取；0-1900k。（3）整流滤波电路当电网电压最低为176（衰减20%）时，必须保证，又为保证整管工作于放大区，取,此时变压器次级电压有效值，变压器匝数比,可采用12：1的变压器，使。流过整流二极管的电流。=58.4。 对于滤波电感，为使纹波足够小，、，包括变压器副线组的直流电阻和二极管的正向电阻。所以一般很小，空载电容上最大电为，取几十到几百，所以。（4）采样电阻计算（5）调整管参数计算，要求的设推动管的，则,。3.4标准信号发生器电路总体电路图 图3.8 标准信号发生器电路总

20、体电路图第4章 标准信号发生器电路仿真与调试4.1 Multisim仿真与调试 图4.1标准信号发生器电路仿真图4.2 仿真结果分析根据仿真结果直流稳压电源的正电压为14.853V负电压为-14.899V输出电压稳定，误差范围较小 满足为集成运算放大器供电的要求。根据仿真结果方波的波形频率均在0.02Hz1kHz的范围内连续可调。矩形波波形幅值在±12.3V范围内连续可调 波形输出稳定满足设计要求。调节方波幅值时对两种波形的频率会产生微弱的影响。这是由于电路的幅值和频率受到同一个电位器的影响，通过同时调节两个电位器可以弥补这一设计上不能回避的不利影响，其影响的范围可以接受。第5章 总

21、结 经过半年的模电课程的学习，我们接触到了许多全新的知识，在老师的带领下，我们快乐着并学习着，为我们以后的专业课的学习打下了一定的基础。然而时间的脚步我们谁也无法停止，时间匆匆而过，这门课暂时结束了，但他在我们人生的学习生活中才刚刚起步。在这次课程设计中，我们学到到了很多东西，当然也遇到了很多问题。开发设计的初级阶段，由于对Multisim电路仿真软件使用不够熟练，通过上网查阅相关教程和查阅相关书籍，我对Multisim电路仿真软件的使用有了进一步的认识。随着设计的深入，逐步加深对该软件的认识和对修改元件库内元件参数的熟悉和理解。同时，我也阅读大量的资料了解振荡电路设计工作的一些特点。课程设计是对所学知识的应用，理论联系实际让