函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)修正PPT課件

1、題目 ：設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生方波，三角波，正弦波的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 性能指標(biāo)要求： 頻率范圍：1 KHz10 KHz連續(xù)可調(diào) 輸出電壓：方波Upp24V，三角波Upp8V，正弦波Upp1V 第1頁(yè)/共16頁(yè) 設(shè)計(jì)思路 首先通過(guò)RC正弦波產(chǎn)生電路及選頻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦信號(hào)，然后通過(guò)電壓比較器將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成同頻率的方波信號(hào)、通過(guò)積分器將方波信號(hào)轉(zhuǎn)換成同頻率的三角波，最后，接調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)后即可輸出幅度、頻率可調(diào)的正弦、方波、三角波信號(hào)。第2頁(yè)/共16頁(yè) 設(shè)計(jì)可分為RC振蕩及選頻網(wǎng)絡(luò)、電壓比較器產(chǎn)生方波、積分器積分、uA741放大四個(gè)模塊 。 R C 正 弦波 振 蕩電 路 及選 頻 網(wǎng)絡(luò)正弦波 電 壓

2、比較器 方波 積分器 正弦輸出方 波 輸出三角波輸出第3頁(yè)/共16頁(yè)1. RC振蕩及選頻網(wǎng)絡(luò) 正弦波振蕩電路在沒(méi)有加輸入信號(hào)的情況下，依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。 正弦波振蕩電路的組成及分類 放大電路：保證電路能夠有從起振到動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，使電路獲得一定幅值的輸出量。 選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率使電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩。 正反饋網(wǎng)絡(luò)：使放大電路的輸入信號(hào)等于反饋信號(hào)。 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：使輸出信號(hào)幅值穩(wěn)定。 第4頁(yè)/共16頁(yè) 分類：正弦波振蕩電路常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用的元件來(lái) 命名，分為RC正弦波振蕩電路，LC正弦波振蕩電路和石英晶體正弦波振蕩電路三種。 RC正弦波振蕩電路的振蕩頻率較低，一

3、般在1MHz以下； LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率多在1MHz以上；石英晶體正弦波振蕩電路也可等效為L(zhǎng)C正弦波振蕩電路，其特點(diǎn)是振蕩頻率非常穩(wěn)定。 如圖1所示R1，R2，C1，C2的串并聯(lián)電路既是選頻網(wǎng)絡(luò)又是正反饋網(wǎng)絡(luò)，通常取R1=R2，C1=C2；uA741為放大環(huán)節(jié)，所選用的放大電路應(yīng)具有盡可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻，以減小放大電路對(duì)選頻特性的影響，使振蕩頻率幾乎僅僅決定于選頻網(wǎng)絡(luò)。因此，通常選用第5頁(yè)/共16頁(yè) 引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋的放大電路。兩個(gè)1N4007組成穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。圖1 RC振蕩及選頻網(wǎng)絡(luò) 第6頁(yè)/共16頁(yè) 對(duì)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其反饋網(wǎng)絡(luò)反饋系數(shù)為 ： 可見(jiàn)，當(dāng)=0=1/RC

4、或f=f0=1/2RC時(shí)，幅頻響應(yīng)有最大值為Fvmax=1/3，此時(shí)的相頻響應(yīng)為。在調(diào)節(jié)R和C的參數(shù)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)頻率諧振；在頻率諧振的過(guò)程中，電路不會(huì)停止振蕩，也不會(huì)使輸出幅度改變。因此，該選頻網(wǎng)絡(luò)決定信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)頻率。)j(3100 F第7頁(yè)/共16頁(yè) 對(duì)于振蕩的建立及穩(wěn)定過(guò)程分析如下：當(dāng)=0=1/RC時(shí)，經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒磐喽说碾妷号c同相，即有這樣放大電路和由和組成的反饋網(wǎng)絡(luò)剛好形成正反饋系統(tǒng)，滿足相位平衡條件，則有可能振蕩。若再滿足略大于，則能在該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)形成比較穩(wěn)定的自激振蕩 元件參數(shù)計(jì)算及選取：3，取R1=1k,則Rf3k，取Rf=5k即可滿足。f=1/2RC屬于1k10kHz

5、，取R=100nF，則1.6kR160,故取R=10k.第8頁(yè)/共16頁(yè)2.2.方波轉(zhuǎn)換器 方波是輸出電壓占空比為1:2的矩形波，因?yàn)榫匦尾ㄝ敵鲭妷褐挥袃煞N狀態(tài)，不是高電平，就是低電平，所以電壓比較器是它的重要組成部分；因?yàn)楫a(chǎn)生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動(dòng)地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；因?yàn)檩敵鰻顟B(tài)按一定的時(shí)間間隔交替變化，既產(chǎn)生周期變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來(lái)確定每種狀態(tài)維持的時(shí)間。如圖2為矩形波發(fā)生電路，它由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC環(huán)節(jié)既作為延遲環(huán)節(jié)又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)RC充放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。圖中滯回比較器的輸出電壓U0=UT，閾值電壓： UT=R1/(

6、R1+R2) UZ第9頁(yè)/共16頁(yè)圖2 矩形波發(fā)生電路第10頁(yè)/共16頁(yè) 圖2中通過(guò)R3對(duì)電容的正反向充電實(shí)現(xiàn)輸出電壓在高低電平之間的轉(zhuǎn)換。電路中正向充電與反向充電的時(shí)間常數(shù)均為RC，而且充電總幅值也相等，因而在一個(gè)周期內(nèi)UO=+UZ與U0=+UZ的時(shí)間相等，U0為對(duì)稱的方波。 所以方波轉(zhuǎn)換電路如圖3 ，輸入為可調(diào)頻率的正弦波，經(jīng)由741構(gòu)成的過(guò)零電壓比較器，將周期性的正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成同頻率的方波信號(hào)。當(dāng)處于正半周期時(shí)，又由于放大器開(kāi)環(huán)增益接近無(wú)窮大，故輸出等于穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓值。當(dāng)輸入為負(fù)半周時(shí)，輸出達(dá)到負(fù)飽和。 元件參數(shù)計(jì)算及選?。?N4749A穩(wěn)壓值為24V，適合輸出幅度要求。第11頁(yè)/共16頁(yè)圖3 方波轉(zhuǎn)換電路第12頁(yè)/共16頁(yè)3.3.三角波轉(zhuǎn)換器 在方波發(fā)生電路中，當(dāng)滯回比較器的閾值電壓數(shù)值較小時(shí)，可將電容兩端的電壓看成為近似三角波。但是，一方面這個(gè)三角波的線性度較差，另一方面帶負(fù)載后將使電路的性能發(fā)生變化。所以我們只要將方波電壓作為積分運(yùn)算電路的輸入，在其輸出就得到三角波電壓，在其輸出就得到三角波電壓。 由積分電路輸入輸出關(guān)系可知。輸出相位改變度，由周期性方波信號(hào)轉(zhuǎn)換成同頻率三