信号与系统课程设计-函数发生器-Multisim

电气与电子工程学院《信号与系统》课程设计设计题目信号发生器的设计与实现指导老师韩*****班级气卓1501班姓名hwhuang学号U201****43完成日期2017年8月22日目录1函数信号发生器的电路设计原理及方案........................................................11.1原理框图..................................................................................................11.2函数发生器的总方案..............................................................................12设计的目的及任务要求.....................................................................................12.1课程设计目的..........................................................................................12.2课程设计任务要求..................................................................................13各组成部分的工作原理.....................................................................................23.1正弦波产生电路的工作原理..................................................................23.2方波产生电路的工作原理......................................................................23.3三角波波产生电路的工作原理..............................................................23.4锯齿波产生电路的工作原理..................................................................34电路形式及参数计算.........................................................................................44.1电路原理设计图（拟设计频率994HZ）（应用multisim绘制）......44.2电路设计过程..........................................................................................44.3电路参数计算..........................................................................................45电路仿真及结果分析.........................................................................................65.1在设计频率（994HZ）下输出波形瞬态仿真结果（应用Multisim仿真）........................................................................................................................65.2在设计频率（994HZ）下各级输出电压幅值.......................................76电路优化及改进要求.........................................................................................76.1信号发生器频率调节要求......................................................................76.2信号发生器幅值调节要求......................................................................77信号发生器调频、调幅功能实现及仿真........................................................77.1极限频率的确定......................................................................................77.2高频信号的诸多限制..............................................................................87.3调频电路设计..........................................................................................97.3正弦波调频、调幅电路瞬态仿真及结果分析....................................107.4正弦波信号幅值瞬态仿真....................................................................137.5方波信号频率、幅值仿真测试............................................................137.6三角波发生电路调频及调幅方式........................................................148电路改进—高速运放的应用...........................................................................15参考文献..............................................................................................................15附录一..................................................................................................................16附录二..................................................................................................................1711函数信号发生器的电路设计原理及方案1.1原理框图图1图1函数发生器原理框图1.2函数发生器的总方案本次设计采用由集成运算放大器与电阻、电容、二极管等共同组成的正弦波—方波—三角波函数信号发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波形变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本次设计采用先产生正弦波—方波，再将方波变换成三角波的电路设计方法。由桥式振荡电力路和迟滞比较器组成正弦波—方波产生电路，迟滞比较器输出的方波经积分器得到三角波。应用桥式振荡电路，其振荡幅度稳定，波形失真比较小，改变频率方便，是作为信号发生的一个好选择。迟滞比较器将正弦波信号进行比较，其优点是电路结构简单，相应速度快，能稳定比较波动信号，但是其所能够调节的频率范围有所限制。2设计的目的及任务要求2.1课程设计目的学习不同信号的产生方法，并利用Matlab或PSPICE或PROTEL仿真。分析计算结果。2.2课程设计任务要求自已设计电路系统，构成信号发生器，要求能产生三种以上的信号。（可以一种电路产生多种信号，也可以由不同电路产生不同信号）。利用Matlab或Multisim、PSPICE、PROTEL或其他软件仿真。23各组成部分的工作原理3.1正弦波产生电路的工作原理此部分电路采用桥式振荡电路，其结构上看，是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。即为放大电路和选频网络。经过计算可知当ω=㈠或f=㈠时其选频网络的幅频响应幅值为最大，即th=而相频响应的相位角为0，即=t。放大电路和，组成的反馈网络正好组成正反馈系统。建立振荡即使电路自激，产生持续振荡，将直流电源能量变为交流信号输出。电路中存在噪声，其频谱分布很广，包含f=㈠频率成分，经不断放大后输出，最后趋于稳定。电路中的D1，D2作用为利于起振和稳幅。3.2方波产生电路的工作原理方波产生电路主要应用迟滞比较器实现，迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器，其抗干扰能力较普通比较器更好。比较器中运放处于正反馈状态，运放VP=VN时是输出电压转换的临界条件，当VIVP时，输出电压为低电平VOL，反之则为高电平。故VP即为门限电压VT。利用叠加原理有：VP=VT=RVREFR+R+RVtR+R。其输出的上下门限电压为VT+=RVREFR+R+RVtHR+R和VT−=RVREFR+R+RVtLR+R。比较器的传输特性如图所示，其三要素为输出电压高电平和低电平、门限电压和输出电压的跳变方向。根据其特性可用于波形整形，可将前级电路产生的正弦波整形为方波。为了提高灵敏度，应选择开环电压增益大，失调与温漂小的集成运放构成电压比较器。3.3三角波波产生电路的工作原理运用数学运算电路——积分电路，可以实现由方波向三角波的转换。积图2图3图43分电路如图所示，利用运放理想特性有=t，=t，因此有电容以=t进行充电。假定电容初始电压为0，则有−=㈠t=㈠tt，=−㈠t。当输入信号为方波形的阶跃信号时，电容将以近似恒流的方式进行充电，输出电压和时间t呈现近似线性关系，因此−㈠t=−t，其中τ=RC为积分时间常数。在电容两端并联一个电阻可以为电路提供一个直流通路构成一个负反馈环，防止运放进入饱和状态。3.4锯齿波产生电路的工作原理锯齿波的产生利用方波三角波等较难实现，可以单独设计一个电路，实现锯齿波的产生。利用同向迟滞比较器和充放电时间常数不相等的积分器两部分，可以组成锯齿波电压产生电路。在t=t时接通电源，C充电，输出电压按照线性规律增长。当上升到门限电压+时比较器输出翻转，同时门限电压跳变为，经过R5，R6向C反向充电，下降过程与上升相似，如此周而复始，产生振荡。经过计算可知，忽略二极管正向电阻时，其振荡周期为T=+=㈠+（）㈠=（+）㈠（+）。可以通过调节R5，R6电阻的阻值改变锯齿波的形状和周期。但是应注意运放和其他元件的频率极限。图5图6图744电路形式及参数计算4.1电路原理设计图（拟设计频率994HZ）（应用multisim绘制）4.2电路设计过程电路由正弦波发生部分，方波发生