简易信号发生器设计
- 格式：doc
- 大小：1.93 MB
- 文档页数：9
1
简易信号发生器设计 模拟电子技术课程设计
题 目：简易信号发生器
系 别：电子科学系
专 业：电子信息科学与技术
班 级：
姓 名：
学 号：
指导老师：
2011.06.28 2 一、设计目的
1、掌握信号发生器的设计方法和测试技术；
2、了解单片函数发生器IC8038的工作原理和应用；
3、学会安装和调试分立元件与集成电路组成的多级电子电路小系统。
二、设计要求与技术指标
设计要求
1、分析电路组成及工作原理；
2、单元电路设计计算；
3、采用RC桥式正弦波振荡器
4、画出完整电路图；
5、调试方法；
6、小结与讨论。
技术指标
失真度： γ<= 5%
频率范围：20Hz~20KHz
输出电压：不小于1V有效值（方波VP-P≤24V，三角波VP-P=6V，正弦波VP-P=1V；方波tr小于1uS）。
三、方案提示
设计方案可先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波。如下框图所示。
四、电路设计的一般过程
1、总体方案
所谓总体方案是用具有一定功能的若干单元电路构成一个整体，以满足课题题目所提出的要求和性能指标，实现各项功能。
方案选择就是按照系统总的要求，把电路划分成若干个功能块，得出能表示单元功能的整机原理框图。按照系统性能指标要求，规划出各单元功能电路所要完成的任务，确定输出与输入的关系，确定单元电路的结构。
总体方案往往不止一个，应当针对糸统提出的任务、要求和条件，进行广泛调查研究，大量查阅参考文献和有关资料，广开思路，要敢于探索，努力创新，提出若干不同方案，仔细分析每个方案的可行性和优缺点，反复比较，争取方案的设计合理、可靠、经济、功能齐全、技术先进。
框图应能说明方案的基本原理，应能正确反映系统完成的任务和各组成部分的功能，清楚表示出系统的基本组成和相互关系。 3 方案选择必须注意下面两个问题：
(1)要有全局观点，抓住主要矛盾。
(2)在方案选择时要充分开动脑筋，不仅要考虑方案是否可行，还要考虑怎样保证性能可靠，考虑如何降低成本，降低功耗，减小体积等许多实际的问题。
2、设计单元电路
设计单元电路的一般方法和步骤如下：
(1) 根据设计要求和已选定的总体方案原理框图，确定对各单元电路的设计要求，拟定主要单元电路的性能指标、与前后级之间的关系、分析电路的构成形式。应注意各单元电路之间的相互配合，注意各部分输入信号、输出信号和控制信号的关系。
(2) 拟定好各单元电路的要求后，按信号流程顺序分别设计各单元电路。
(3) 选择单元电路的组成形式。一般情况下，应查阅有关资料，以丰富知识，开阔眼界，
从已掌握的知识和了解的各种电路中选择一个合适的电路。如确实找不到性能指标完全满足要求的电路时，也可选用与设计要求比较接近的电路，然后调整电路参数。
在单元电路的设计中特别要注意保证各功能块协调一致地工作。
3、参数计算
为保证单元电路达到功能指标要求，常需计算某些参数。例如放大器电路中各电阻值、放大倍数，振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数。只有很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。
一般来说，计算参数应注意以下几点：
(1) 各元器件的工作电压、电流、频率和功耗等应在允许的范围内，并留有适当的裕量.
(2) 对于环境温度、交流电网电压等工作条件，计算参数时应按最不利的情况考虑。
(3) 涉及元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般按1.5倍左右考虑。例如，如果实际电路中三极管UCE0的最大值为20V，那么挑选三极管时应按UCE0 30V考虑。
(4) 电阻值尽可能选在1MΩ范围内，最大一般不应超过10MΩ ，其数值应在常用电阻标称值系列之内，并根据具体情况正确选择电阻的品种。
(5) 非电解电容尽可能在100pF~0.1μf范围内选择，其数值应在常用电容器标称值系列之内，并根据具体情况正确选择电容的品种。
(6) 在保证电路性能的前提下，尽可能设法降低成本，减少器件品种，减少元器件的功耗和减小体积，为安装调试创造有利条件。
(7) 有些参数很难用公式计算确定，需要设计者具备一定的实际经验。如确实无法确定，个别参数可待仿真时再确定。
4、仿真和实验
随着计算机的普及和EDA技术的发展，电子电路设计中的实验演变为仿真和实验相结合。
仿真具有下列优越之处：
(1)对电路中只能依据经验来确定的元器件参数，用电路仿真的方法很容易确定，而且电路的参数容易调整。
(2)由于设计的电路中可能存在错误，或者在搭接电路时出错，可能损坏元器件，或者在调试中损坏仪器，从而造成经济损失。而电路仿真中也会损坏元器件或仪器，但不会造成经济损失。
(3)电路仿真不受工作场地、仪器设备、元器件品种、数量的限制。
(4)在EWB软件下完成的电路文件，可以直接输出至常见的印制线路板排版软件。
尽管电路仿真有诸多优点，但其仍然不能完全代替实验。对于电路中关键部分或采用新 4 技术、新电路、新器件的部分，一定要进行实验。
仿真和实验要完成以下任务：
①检查各元器件的性能、参数、质量能否满足设计要求。
②检查各单元电路的功能和指标是否达到设计要求。
③检查各个接口电路是否起到应有的作用。
④把各单元电路组合起来，检查总体电路的功能、性能是否最佳。
五、工作原理
1、信号发生器
凡是产生测试信号的仪器，统称为信号源，也称为信号发生器，它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。
在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。
信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。正弦信号是使用最广泛的测试信号。这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量比较方便。正弦信号源又可以根据工作频率范围的不同划分为若干种。
2、低频信号发生器的工作原理
低频信号发生器用来产生频率为20Hz～200kHz的正弦信号。除具有电压输出外，有的还有功率输出。所以用途十分广泛，可用于测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的频率特性、增益、通频带，也可用作高频信号发生器的外调制信号源。另外，在校准电子电压表时，它可提供交流信号电压。
低频信号发生器的原理：系统包括主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器（输出变压器）和指示电压表。
主振级产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，达到电压输出幅度的要求，经输出衰减器可直接输出电压，用主振输出调节电位器调节输出电压的大小。
六、选择电路形式 5
七、单元电路设计计算
1、RC选频网络
对于第一频段20Hz~200Hz
由： RCf21
选：FC1.0 有：HzRCRf2010*1.021216min
得：KfR8010*1.0202110*1.02166minmax
同样可得：796010*1.02002110*1.02166maxminfR
其它频段从略
八、实物图的焊接和调试
1、按照方案一的电路图焊接好电路板。
2、调试前，将电路板接入±12伏电压，地线与电源处公共地线连接. 6
实物图：
（1）频率范围:
为便于测量,将电路板上的方波信号接入示波器,并合上C1-1=1nF，C1-2=1nF的开关然后调节Rw-1,Rw-2,并测出此时方波信号频率的变化范围;
断开C1的开关,合上C2的开关,按照同样的方法调节Rw-1,Rw-2并记录方波信号频率的变化范围,同理调试C3，C4。
通过对比，发现频率范围整体下移，这里可能存在两个原因，第一是反馈通道上的 存在磨损，使电阻值达不到计算的数值。第二是三角波运放上的反向端的电阻 也存在 一样的问题。
（2）输出电压：
① 方波：
电路板上方波信号接入示波器，调节RP1,测得方波峰峰Vpp=14V，可见所得值与性能指标中的一致。 7
② 三角波：
撤除方波信号并接入三角波信号，调节RP1, 测得三角波峰峰值Upp=5V也能达到课题的要求。
③ 正弦波：
将正弦波信号接入示波器，调节RP3和RP4,测得正弦波峰峰值Upp=2.8V.也基本上能到达课题要求。
