信号发生器的设计

四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告1姓名：卓瑶系别：电子工程系班级：应用电子（电机）学号：2010209067指导老师：杨新四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告2摘要信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。按信号波形可分为正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。本文是用电力电子技术，信号源电路设计来完成正弦波信号输出电路。关键词：电子技术、单片机、信号源、信号发生器四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告3目录第一章绪论.......................................41.1信号源概述...................................................41.2信号发生器的分类.............................................4第二章总体设计方案..............................5第三章单元模块功能..............................63.1直流稳压电源原理.............................................63.2单元模块设计.................................................73.2.1变压器...................................................73.2.2整流电路..................................................9第四章软件设计.................................114.1程序流程....................................................114.2程序说明....................................................12第五章系统仿真与调试...........................155.1原理图的绘制................................................155.2程序的编译.................................................175.3原理图的仿真................................................18第六章总结.....................................21第七章参考文献.................................22四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告4第一章绪论1.1信号源概述信号源的核心就是产生一个频率稳定的周期性信号信号源是指收音头、高频头、录音卡座、录像卡座等器件。微机及辅助设备完成信号的提取、数模转换、数字信号处理等功能。信号源是雷达系统的重要组成部分。雷达系统常常要求信号源稳定、可靠、易于实现、具有预失真功能，信号的产生及信号参数的改变简单、灵活。信号发生器又称信号源或振荡器，是用来产生各种电子信号的仪器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。1.2信号发生器的分类信号发生器应用广泛，种类繁多，性能各异，分类也不尽一致。按照频率范围分类可以分为：超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频波形发生器、甚高频波形发生器和超高频信号发生器。按照输出波形分类可以分为：正弦信号发生器和非正弦信号发生器，非正弦信号发生器又包括：脉冲信号发生器，函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列波形发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。按照信号发生器性能指标可以分为一般信号发生器和标准信号发生器。前者指对输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类信号发生器。后者是指其输出信号的频率、幅度、调制系数四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告5等在一定范围内连续可调，并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器。第二章总体设计方案2.1方案的比较方案一：采用单片函数发生器（如8038），8038可同时产生正弦波、方波等，而且方法简单易行，用D/A转换器的输出来改变调制电压，也可以实现数控调整频率，但产生信号的频率稳定度不高。方案二：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需频率上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂。方案三：利用MAX038芯片组成的电路输出波形。MAX038是精密高频波形产生电路，能够产生准确的三角波、方波和正弦波三种周期性波形。但此方案虽成本高，但程序简单易懂，可轻易达到输出频率覆盖要求。综上所属方案，可选择方案三。它不仅采用软硬件结合，软件控制硬件的方法来实现，使得信号频率的稳定性和精度的准确性得以保证，而且它使用的几种元器件大多都是常用的元器件，容易得到。四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告6第三章单元模块功能3.1直流稳压电源原理如图1-1-0所示，固定直流稳压电源电路采用有源伺服控制，其输出电压为±15V，可作为小功率音频放大器或功放前级电路的工作电源。工作原理该固定直流稳压电源电路由整流滤波电路和稳压控制电路组成。⑴电源输入电路带插头电源线CT、电源开关S以及熔断器F1构成电源输入电路，完成将市电（220V/50HZ）引入变压器的初级绕阻。⑵变压器整流电路将市电Ui变换为一对大小相等的低压交流电压U2（17.5V），二极管VD1、VD2、VD3、VD4与变压器T的次级绕阻一起构成单相全波整流电路，将变压器T的次级绕阻产生的一对大小相等的交流电压U2变换成全波脉动直流电压。⑶滤波稳压电路C1、C2、C3、C4、C11、C21构成电容滤波电路，将脉动直流电转换为四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告7波动较小的平滑直流电。集成电路IC（7815、7915）C12、C22、C13、C23、VD11、VD21构成稳压电路，将平滑的直流电转换成稳定的恒稳直流电，其中集成电路IC起稳定输出电压的作用，一个输出正15V电压，一个输出负15V电压。二极管VD11、VD21起保护集成电路IC的作用，电容C14、C24起进一步稳定输出电压的作用。⑷电路状态指示电路电阻R1、发光二极管VD5、电阻R12、VD12、与电阻R22、VD22构成电路指示电路，其中电阻R1、发光二极管VD5指示电路整流、滤波后平滑直流电压的状态情况；电阻R12、VD12和电阻R22、VD22指示平滑直流电稳压后输出恒稳直流电的状态情况。⑸保护电路熔断器F1、F11、F22分别构成电路交流过流与直流过流保护电路。3.2单元模块设计3.2.1变压器变压器(biàn'ya'qì)(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告8圈。电路如图所示。其工作原理与开关电源相似，二极管VD1～VD4构成整流桥把市电变成直流电，由振荡变压器T1，三极管VT1、VT2组成的高频振荡电路，将脉动直流变成高频电流，然后由铁氧体输出变压器T2对高频高压脉冲降压，获得所需的电压和功率。R1为限流电阻。电阻R2、电容C1和双向触发二极管VD5构成启动触发电路。三极管VT1、VT2选用S13005，其B为15～20倍。也可用C3093等BUceo=35OV的大功率三极管。触发二极管VD5选用32V左右的DB3或VR60。振荡变压器可自制，用音频线绕制在H7X10X6的磁环上。TIa、T1b绕3匝，Tc绕1匝。铁氧体输出变压器T2也需自制，磁心选用边长27mm、宽20mm、厚10mm的EI型铁氧体。T2a用直径为0．45mm高强度漆包线绕100匝，T2b用直径为1．25mm高强度漆包线绕8匝。二极管VD1～VD4选用IN4007型，双向触发二极管选用DB3型，电容C1～C3选用聚丙聚酯涤纶电容，耐压250V。电路工作时，A点工作电压约为12V；B点约为25V；C点约为105V；D点约为10V。如果电压不满足上述数值，或电路不振荡，则应检查电路有无错焊、漏焊或虚焊。然后再检查VT1、VT2是否良好，T1a、四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告9T1b的相位是否正确。整个电路装调成功后，可装入用金属材料制作的小盒内，发利于屏蔽和散热，但必须注意电路与外壳的绝缘。引外，改变T2a、b二线圈的匝数，则可改变输出的高频电压。3.2.2整流电路整流电路（rectifyingcircuit）把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。电源电路中的整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种全波整流电路，可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头，把次组线圈分成两个对称的绕组，从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2a、e2b，构成e2a、D1、Rfz与e2b、D2、Rfz，两个通电回路。全波整流电路的工作原理，可用图5-4所示的波形图说明。在0～π间内，e2a对Dl为正向电压，D1导通，在Rfz上得到上正下负的电压；e2b对D2为反向电压，D2不导通。在π-2π时间内，e2b对D2为正向电压，D2导通，在Rfz上得到的仍然是上正下负的电压；e2a对D1为反向电压，D1不导通。四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告10桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。整流电路桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz，上形成上正下负的半波整洗电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在Rfz，上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。三相桥式全控电路三相桥式全控电路TR为三相整流变压器，其接线组别采用Y/Y-12。VT1~VT6为晶闸管元件，FU1~FU6为快速熔断器。TS为三相同步变压器，其接线组别采用△/Y-11。P端为集成化六脉冲触发电路+24V电源输出