电子通信专业毕业设计信号发生器的设计与制作

信号发生器的设计与制作【摘要】信号发生器广泛应用于电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域。采用集成运放和分立元件相结合的方式，利用迟滞比较器电路产生方波信号，以及充分利用差分电路进行电路转换，从而设计出一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易信号发生器。通过对电路分析，确定了元器件的参数，并利用Multisim软件仿真电路的理想输出结果，克服了设计低频信号发生器电路方面存在的技术难题，使得设计的低频信号发生器结构简单，实现方便。该设计可产生低于100Hz的各波形输出，并已应用于实验操作。【关键词】信号发生器；方波信号；电路仿真；OP07;LM324DesignandproductionofsignalgeneratorAuthor:LinanaTutor:Jiajie【Abstract】Signalgeneratoriswidelyusedinelectronicengineering,communicationsengineering,automaticcontrol,remotecontrol,measuringinstruments,metersandcomputertechnology.Integratedoperationalamplifierandusingacombinationofdiscretecomponents,usinghysteresiscomparatorcircuitproducesasquarewavesignal,andthefulluseofdifferentialcircuitcircuitswitching,whichcanchangethedesignofatriangularwave,sinewave,squarewavesignalgeneratorsimple.ThroughthecircuitanalysistodeterminetheparametersofthecomponentsandusetheidealofMultisimcircuitsimulationsoftwareoutput,designedtoovercomethelowfrequencysignalgeneratorcircuittechnicalproblemsexist,makingthedesignofthelowfrequencysignalgeneratorstructureissimpleandeasytoachieve.Thedesigncanproducelessthan100Hz,thewaveformoutput,andhasbeenusedinexperimentaloperations.【Thekeywords】pingers；signalforthesignals；circuitsimulation；op07;lm324目录第1章绪论.............................................1.1绪论.........................................................1.2课题背景...............................................1.3设计任务及要求.........................................第2章信号发生器方案选择及原理框图2.1原理框图...................................................2.2信号发生器方案选择...........................................第3章各部分电路设计及总电路图3.1方波发生电路的工作原理..............................................3.2方波---三角波转换电路的工作原理...................................3.3三角波---正弦波转换电路的工作原理.................................3.4电路的参数选择及计算.............................................第4章Multisim电路仿真及仿真结果......................第5章12V直流稳压电源设计..................................第6章总结....................................................致谢....................................................参考文献.................................................附录...................................................第1章绪论1.1绪论能产生多种波形，如三角波、锯齿波、方波、正弦波的电路被称为函数信号发生器，又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有广泛的应用。函数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（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频），视频信号和脉冲信号运载出去，就需要产生高频振荡器。作为基础测量仪器的信号发生器随着用户的需求而不断发展。信号源实质上就是一个扫频示波器或合成信号源，并具有基本的调制功能。现在是数字化时代，研发或其他人员对测量仪器是最基本的工具，测量仪技术指标上也不断提高。如精度高、工作频带宽、误差小等。能够满足不同层次用户的测试要求。近几年，数字化仪器在迅速发展，我国也在不断研究推出各种新型数字化仪器。目前使用的信号发生器大部分是利用AT89S51单片机构成的发生器，但本次设计要求采用分立元件产生正弦波、方波、三角波。电路的原理部分的设计，可以是先设计单元电路，然后用仿真软件模拟，等到各个单元都设计完成后，再将各个单元结合到一起，由仿真软件模拟是否符合制作要求。本次设计就是按照这样的思路来进行一步一步的分析：首先按照设计的方案选择具体的元件，画出仿真图，并对仿真图进行调试，观察效果并与课题要求的性能指标作对比，最后分析出现误差的原因以及影响因素。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略1.2课题背景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。函数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（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。信号发生器，它是一种用于产生标准信号的电子仪器，随着科学技术的发展，对它的要求越来越高。在工业生产和科研中利用信号发生器输出的信号，可以对元器件的性能及参数进行测量，还可以对电工和电子产品进行指数验证、参数调整及性能鉴定。常用的信号发生器绝大部分是由模拟电路构成的，当这种模拟信号发生器用于低频信号输出往往需要的RC值很大，这样不但参数准确度难以保证，而且体积和功耗都很大，而由数字电路构成的低频信号发生器，虽然其低频性能好但体积较大，价格较贵，因此，高精度，宽调幅，低价格将成为数字量信号发生器的发展趋势。信号发生器按其频率的高低，可分为：超低频信号发生器，低频信号发生器，高频信号发生器，超高频信号发生器，微波信号发生器；按产生波形的不同，可分为：正弦波信号发生器，脉冲波函数波信号发生器，任意波信号发生器；按调制方式的不同，可分为：调频信号发生器（FM）、调幅信号发生器（AM），调相信号发生器（PM），脉冲调制信号发生器；此外，还可以产生两种或多种波形信号发生器。1.3设计任务及要求任务：设计一个方波-三角波-正弦波函数发生器。要求：1、频率范围：10-100HZ。2、输出电压：方波Up-p24V;三角波Up-p=8V;正弦波Up-p1V。3、幅值、频率可调。第2章信号发生器方案选择及原理框图2.1原理框图2.2信号发生器方案选择信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的信号发生器，使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片信号发生器模块)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波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，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，本课题中信号发生器电路组成框图如上图所示：由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。第3章各部分电路设计及总电路图3.1方波发生电路的工作原理用迟滞比较器构成的方波产生电路如图3-1所示，图中，R和C为定时元件，构成积分电路它把输出电压反馈到集成运算放大器的反向端，RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络。通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。比较器主要部件为uA741芯片（相关信息将在后续章节介绍）。当Uo=UoH=+Uz时,电容C充电，电流流向如图3-1（a）所示，电容两端电压Uc不断上升，而此时同相端电压为上限门UT+。当Uc＞UT+时，输出电压变为低电平Uo=UoL=-Uz,使同向端电压变为下限门电压UT-，然后电容C开始放电，电流流向如图3-1（b）所示，电容上的电压不断降低，当Uc降低到Uc＜UT-时，Uo又变为高电平UoH,电容又开始充电但是，上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。（a）（b）图3-1方波产生电路3.2方波---三角波转换电路的工作原理如果用线性积分电路代替方波产生电路的RC积分电路，则电容器两端就可获得理想的三角波输出。其波形如图3-3所示。若反馈网络断开，运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia，R1称为平衡电阻。比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）,当比较器的U+=U-=0图3-3电路输出波形时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。设Uo1=+Vcc,则312231231()0CCiaRRPRUVURRRPRRRP（3-2-1）将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为223131()CCCCiaRRUVVRRPRRP(3-2-2)若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为223131()EECCiaRRUVVRRPRRP(3-2-3)比较器的门限宽度2312HCCiaiaRUUUIRRP(3-2-4)反馈网络断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分