多用信号发生器设计课件

1、多用信号发生器设计 专 业：测控技术与仪器欢迎您莅临论文答辩哈尔滨理工大学 二零零八年六月二十六日第1页，共19页。纲 要课题来源选题的目的和意义基本电路设计实物电路设计电路仿真测试结论致谢第2页，共19页。1.设计一种多用信号发生器要求简单成本低，可以输出为方波、三角波和正弦波三种波形；用开关切换输出均为双极性；输出阻抗均为50；具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能 。2. 要求提出最少三种制作方案，并加以论证。3.用Protel99等软件绘制出电路板图 。论文主要研究工作第3页，共19页。 1.信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（

2、高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器 。2.传统的模拟信号发生器由于输出波形单一, 频率及相位调节精度低,同时不能满足现代复杂电子系统设计的要求, 利用多用途专用芯片直接数字合成设计信号发生器成本太高 。研究意义第4页，共19页。 3.信号发生器国内外研究现状（1）.信号发生器应用国内研究状况 我国目前还基本处于传统仪器与计算机化仪器互相分离的状态,世界各大相关的产品商家都在向中国这个巨大的市场进军。

3、结合我们的实际情况,我们必须走引进与自行开发相结合的道路 。 （2）.信号发生器国外研究状况 信号发生器技术在发达国家的推广应用也是十分普及,不仅在电子测量领域、过程控制领域,包括人们生活的其它许多领域,利用虚拟仪器实现复杂的测量与控制系统的例子也很多 。 第5页，共19页。波形发生电路图方波发生器电路图如图所示电路，设在接通电源的时刻，电容器两端电压为0，两输出电压相等，此时电压U0=Uz通过R1向C充电，使运放反向输入电压Un=Uc由零逐渐上升。在UnUp以前，U0=-Uz保持不变。在t=t2时刻，Un下降到略低于Up，U0由低电平跳到高电平，即变为Uz又回到原始状态。如此周而复始，循环不

4、已，因此产生振荡，输出方波 .第6页，共19页。三角波发生电路 根据RC积分电路输入和输出信号波形的关系可知，当RC积分电路的输入信号为方波时，输出信号就是三角波，由此可得，利用方波信号发生器和RC积分电路就可以组成三角波信号发生器。 工作原理：方波信号发生器输出的方波。图中A1等还可构成同相滞回比较器，A2和R4、C等组成反相积分电路。信号输入积分电路，在积分电路的输出端得到三角波信号。积分电路的输出端除了输出三角波信号外，并通过电阻R1将三角波信号反馈到滞回电压比较器的输入端，将三角波信号整形变换成方波信号输出 。第7页，共19页。正弦波发生器正弦波发生器又称文氏电桥振荡器 。1.文氏电桥

5、振荡器的振荡频率，由具有选频特性的RC串联网络决定。2.文氏电桥振荡器的起振条件为Av大于等于3，即要求放大器的电压益大于等于3，略大于3的原因是由于电路中的各种损耗，致使幅度下降而给予补偿。但A比3大得多了会导致输出正弦波形变差（起振条件为Av=3）。第8页，共19页。电路实物设计和元件器选择 为了实现设计指标的要求，将在原有方波，三角波和正弦波 的电路基础上增加一级放大器MC4558CD，以实现输出电压的可调和，输出阻抗为50 。右图为方波行信号发生器的实物连接电路图第9页，共19页。续表1上图为正弦波和三角波信号发生实物电路图第10页，共19页。电路元器件和参数选择 1.运算放大器的选择

6、：根据指标要求，这里主要考虑双电源、通用、无需调零型的运放，可选择MC4558。 2.电源电压的选择：MC4558的正常电源为15V左右。 3. 稳压二极管的选择：考虑输出电压和电源电压的要求，可选稳压二极管为1N4740，其稳压值约为10V 4. R4和R5的选择：和一般在几千欧到几万欧之间，为实现输出电压可调，应为可调电位器。由于输入电压为10V，而输出电压要求最大为5V，因此，可选R410k，R54.7k的电位器 5.由于三角波是由方波电路进行积分得来的，所以只需在方波电路原基础上增加部分功能电路即可。大部分器件的选择也是相同的 。第11页，共19页。仿真电路图 利用仿真软件Multiu

7、se画出电路图，得出仿真结果如图所示。上原理图中的可以用来调节信号发生器的信号输出频率，将两个波形发生器整合做出一个完整的信号发生器 ，其中 K1连接C1时输出三角波，C2输出正弦波，C3输出方波。第12页，共19页。仿真模式下得出的设计结果 上图可以看出正确输出所需要的波形,输出的所有波形的频率相同。第13页，共19页。PCB板式图 利用上面的仿真模式做出PCB电路图并在实验室进行的测试，可以很方便的在仿真模式下观测电路下设计的信号发生器的具体工作流程，并加以多方面的调试 。第14页，共19页。信号发生器的实际制作 1.制作过程：根据设计的指标购买元器件并进行焊接。选取的原则就是：所用元器件

8、尽量与理论推算所用的元器件相符，在价格、货源允许的情况下尽量使用精密的元器件这样可以减少整个电路的误差。同时由于货源的问题本设计并没有采用精密多圈电位器而是采用一般的电位器这样会造成一定的误差但不大。 2.实际布局中，由于采用专门的集成芯片，所以整个电路的元器件比较少，这样有利于整个电路的布局。为了以后的检查和修改，应尽量使元器件之间的间隔较大，尽量减少导线的使用，并且尽量使用比较细的导线，最好使用专用的高温导线 。第15页，共19页。电子电路的组装和调试 1.电路组装：在实验箱上组装，元器件便于插接且电路便于调试，并可提高器件重复利用率组装电路时注意，电路之间要共地。正确的组装方法和合理的布

9、局，不仅使电路整齐美观，而且能提高电路工作的可靠性，便于检查和排除故障 。 2.电路调试： 第一种是采用边安装边调试的方法 第二种方法是整个电路安装完毕，实行一次性调试。这种方法适于定型产品 。 第三种是整机联调。第16页，共19页。结论第一章讲述了信号发生器的发展趋势和其发展前景，并提出了设计指标。第二章中提出了四个设计方案并决定运用方案二进行实际制作，在第二章的第二节中设计了方波发生器电路、三角波和正弦波的发生器电路。并且分别对三种电路进行了参数确定与论证比较。第三章中设计了三种波的实物电路，在将二种发生器进行整合合并之后做出了一个整体的信号发生器的实物电路，最后对电路进行了仿真调试，得出仿真结果和PCB线路制成图最后一章里面首先介绍了一种比较先进的信号发生器（以MAX308芯片为核心制作的信号发生器），接着讲述了电子电路的调试方法和具体制作方法。第17页，共19页。本设计设计了一种简单可行的信号发生器，可以正确输出设计指标中要求的三种波形本方案制作的信号发生器能很好完成设计指标中的要求，但是结果显示，它的功能较少，精度不高，频率上限只有300