音频信号发生器2

四川信息职业技术学院毕业设计说明书I四川信息职业技术学院毕业设计说明书设计题目:音频信号发生器专业:电子信息工程系班级:电信13-2组号:组员:雍丽娟杨忠文周迎春刘舒雅李娟张昊2014年12月1日四川信息职业技术学院毕业设计说明书II目录摘要...................................................................................................................................1第１章绪论...................................................................................................................21.1概述.......................................................................................................................21.2设计任务、技术指标和要求...............................................................................2第２章方案选择与论证...................................................................................................42.1总体框图设计.......................................................................................................42.2正弦发生部分设计方案.......................................................................................42.3输出电路部分设计方案.......................................................................................52.4方案选择...............................................................................................................62.4.1正弦信号发生电路设计.............................................................................62.4.2输出回路设计.............................................................................................6第3章电路设计与元器件参数计算...............................................................................83.1正弦振荡电路的设计...........................................................................................83.2输出电路的设计.................................................................................................103.3音频信号发生器的全电路.................................................................................13第4章EWB模拟仿真设计测试...................................................................................14结论.................................................................................................................................18致谢.................................................................................................................................19参考文献.............................................................................................................................20附录1仿真原理图..........................................................................................................21附录2元器件清单..........................................................................................................22四川信息职业技术学院毕业设计说明书第1页共23页摘要音频信号发生器是电子测量中不可缺少的设备之一，是电子制作中常用到的小型仪器。本文主要介绍音频信号发生器的设计和选材情况，画出音频信号发生器的构成框图，对框图中涉及到的模块分别提出几种设计方案；简单介绍几种方案的工作原理，对各方案进行讨论并从中选择出适合此次设计的具体方案来；对电路中涉及到的电阻的阻值、电容的容值进行计算，合理地选择放大器及其他元器件的型号；画出音频信号发生器的全电路图；最后列出电路中用到的元器件清单，为制造实物做出准备。关键词音频信号发生器；设计方案；全电路图；清单四川信息职业技术学院毕业设计说明书第2页共23页第１章绪论1.1概述在现代电子技术的研究及应用领域。常常需要高精度且频率可调的信号源。MAX038是MAXIM公司开发的新一代专用函数信号发生芯片，它可以产生正弦波、方波和三角波等三种波形，而且频率和占空比独立可调。本文设计了一种由LPC2114、MAX038、D／A转换器以及八选一模拟开关CD4051等构成的程控函数信号发生器。研究了LPC2114通过D／A转换器实现对MAX038频就绪和占空比的调控方法。给出了在0.1Hz～20MHz内产生精确的正弦波、方波和三角波的方法。此外，本函数信号发生器还具有可调范围大、精度高、信号稳定等特点，可以应用于各种电子测量和控制场合。1MAX038的主要特性MAX038是MAXIM公司生产的一种具有高频、高精度、低输出电阻而且驱动能力很强的函数信号发生器芯片。它的内部电路主要由振荡器、振荡频率控制器、2.5V基准电压源、正弦波形发生器、比较器、多路模拟开关、相位比较器组成。MAX038主要性能特点如下：◇能精密地产生正弦波、矩形波(含方波)、三角波信号。◇频率范围从0.1Hz～20MHz，最高可达40MHz，各种波形的输出幅度均为2V(P-P)。◇占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节，二者互不影响，占空比最大调节范围为10％～90％。◇波形失真小，正弦波失真度小于0.75％，占空比调节时的非线性度低于2％。◇采用±5V双电源供电，允许有5％变化范围，电源电流为80mA，典型功耗400mW，工作温度范围为0～70℃。◇内设2.5V电压基准，可利用该电压设定FADJ、DADJ的电压值，从而实现频率微调和占空比调节。1.2设计任务、技术指标和要求设计一款基于MAX038的信号发生器，要求满足如下功能或指标：四川信息职业技术学院毕业设计说明书第3页共23页(1)能精密地产生三角波、方波、正弦波信号。(2)频率范围从1Hz-1MHz，各种波形的输出幅度均为在0.5V~2V(P-P)可调。(3)方波占空比和频率均可单独调节，互不影响，占空比最大调节范围:20％-80％。(4)波形失真小，正弦波失真度小于3％，占空比调节时非线性度低于2％。(5)采用±5V双电源供电，允许有5％变化范围。四川信息职业技术学院毕业设计说明书第4页共23页第２章方案选择与论证2.1总体框图设计根据设计任务及技术指标要求，要求设计的音频信号发生器有音频信号的频率调节范围要求，也就是要有一个能够在指定的范围频率内的正弦信号发生部分。同时对输出信号的电压和所带负载也有规定，也就是说对输出功率有一定的要求，因此要有一个输出电路部分。所以，本课题设计的总体功能框图如图2-1所示即可。图2-1音频信号发生器总体功能框图2.2正弦发生部分设计方案方案一用分立元件产生振荡以晶体管为核心元件，加RC（文式桥或移相式）或CL（变压器反馈式、电感三点式、电容三点式、晶振等）选频网络以及稳幅电路等构成的分立元件正弦波振荡电路。这种电路的优点是简单、廉价，但由于采用分立元件，稳定性较差，元件较多时调节也较麻烦。方案二压控振荡电路以集成运放为核心元件，加RC（文式桥或移相式）或CL（变压器反馈式、电感三点式、电容三点式、晶振等）选频网络以及稳幅电路等构成的正弦波振荡电路。这种电路的优点是更为简单，性价比较好，但频率精度和稳定性较差。方案三用集成函数信号发生器＋外围元件构成振荡以集成函数信号发生器为核心元件，加适当的外围元件构成正弦波产生电路。这种电路的优点是调节方便，在所采用的外围元件稳定性好的情况下，可以得到较宽频率范围的，且稳定性、失真度和线性度很好的正弦信号。方案四用锁相环构成频率合成器利用锁相环（PLL）技术构成的高频率精度的频率合成器。其框图如图2-2所示。正弦信号发生部分输出回路四川信息职业技术学院毕业设计说明书第5页共23页图2-2锁相环频率合成器这种电路主要是利用锁相，即实现相位同步技术来获得频率高稳定度，且频率可不段变化的振荡源。图中，参考频率源可用晶振产生频率为1f的信号，通过鉴相电路获得1f与Nf/0的相位差，再通过低通滤波器变换为相应的控制电压，来控制压控振荡器的输出0f的频率。可变分频器是为了获得输出信号的不同频率，当分频系数为N时，输出0f为1f的N倍。该闭环系统只有在1f与Nf/0的频率和相位都达到一致时，系统才达到稳定，所以可以实现很精确的频率控制。方案五直接数字合成（DDS）正弦信号源DDS是一种数字系统，它的频率精度和稳定度由系统的时钟决定。可合成产生任意波形的信号，只要把所需波形预先计算好并存于数字波形存储器中，DDS就可以合成方波、三角波及各种调制波形和任意形状的波形。目前有专用的DDS集成电路芯片，其时钟频率最高可达1GHz以上，产生的正弦信号频率可达数百兆赫。2.3输出电路部分设计方案方案一射极输出器这种电路的特点是电路简单，输出波形好，输入电阻高，输出电阻低，可对前级电路和负载起到隔离作用，同时带负载能力也强，虽然电压放大倍数近似为1，但电流放大倍数大，因此有一定功率输出能力。这种电路的缺点是由于三极管工作在甲类状态，因此效率低（低于50﹪）。在要求高功率、高效率的情况下，不能满足要求，一般用于输出功率和效率要求低的场合。方案二BJT管OCL或OTL功率放大电路这两种功率输出电路在选择合适的元器件和电源电压后可以设计出有较大功率输出，效率低于75﹪的技术指标来。这两