標準信號發(fā)生器電路

1、遼寧工業(yè)大學遼 寧 工 業(yè) 大 學 電子技術(shù)基礎課程設計（論文）題目：標準信號發(fā)生器電路院（系）： 電氣工程學院 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： （簽字）起止時間： 2014.6.30-2014.7.11課程設計（論文）任務及評語院（系）：電子與信息工程學院 教研室：電子信息工程學 號學生姓名專業(yè)班級課程設計（論文）題目標準信號發(fā)生器電路課程設計（論文）任務設計任務：1. 波形的產(chǎn)生及變換電路是應用極為廣泛的電子電路，現(xiàn)設計并制作能產(chǎn)生標準方波波形信號輸出的函數(shù)發(fā)生器。2. 設計電路所需的直流穩(wěn)壓電源。功能要求：1. 輸出的各種波形工作頻率范圍1.5kHz。2. 方波幅值5V，2

2、V，1V（峰-峰值）。設計要求：1 .分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。指導教師評語及成績成績： 指導教師簽字： 年 月 日遼 寧 工 業(yè) 大 學 課 程 設 計 說 明 書（論 文

3、）目 錄第一章 標準信號發(fā)生器設計方案論證11.1 應用意義11.2 設計的要求及技術(shù)指標11.3 設計方案論證21.4 總體設計方案框圖及分析3第二章 標準信號發(fā)生器各單元電路設計42.1 比較器和RC反饋網(wǎng)絡的電路設計42.2 交直流轉(zhuǎn)換電路設計52.3 濾波電路設計52.4 穩(wěn)壓電路設計6第三章 標準信號發(fā)生器整體電路設計63.1 整體電路圖及工作原理63.2 電路參數(shù)計算103.3 整體電路性能分析12第四章 標準信號發(fā)生器設計總結(jié)13 參考文獻13附錄：器件清單13附錄：整體電路圖151遼 寧 工 業(yè) 大 學 課 程 設 計 說 明 書（論 文）第一章 標準信號發(fā)生器設計方案論證1.

4、1 應用意義1. 電源是電子電路和電子系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。3. 學習用集成運算放大器構(gòu)成方波發(fā)生器的設計方法與調(diào)試方法。5. 觀測方波發(fā)生器的波形、幅度和頻率。7. 通過自行設計正弦波變成方波的電路，進一步熟悉波形變換電路的工作原理及參數(shù)計算和調(diào)試方法。1.2 設計的要求及技術(shù)指標（一）設計任務：1.波形的產(chǎn)生及變換電路是應用極為廣泛的電子電路。2.現(xiàn)設計并制作能產(chǎn)生標。3.準方波波形信號輸出的函數(shù)發(fā)生器。4.設計電路所需的直流穩(wěn)壓電源。（二）功能要求：1.輸出的各種波形工作頻率范圍1.5kHz。2.方波幅值5V，2V，1V（峰-峰值）。3.直流穩(wěn)壓電源12V。（三）設計要求：1 .

5、分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。1.3 設計方案論證（一）標準信號發(fā)生器根據(jù)實驗任務的要求，對信號發(fā)生部分電路通?？刹捎枚喾N不同性質(zhì)和形式的電路圖來獲得所需要的波形信號輸出。為此課

6、題我提出了以下幾種方案：方案一：用正弦波振蕩器產(chǎn)生正弦波輸出，正弦波信號通過變換電路得方波輸出。文氏橋振蕩器（RC串并聯(lián)正弦波振蕩器）產(chǎn)生正弦波輸出，其主要特點是采用RC串并聯(lián)網(wǎng)絡作為選頻和反饋網(wǎng)絡，其振蕩頻率，改變RC的數(shù)值，可得到不同頻率的信號輸出，為了使輸出電壓穩(wěn)定，需采用穩(wěn)幅措施。用集成運放構(gòu)成電壓比較器，將正弦波信號變換成方波信號輸出。方案二：用一個滯回電壓比較器加一個由RC充放電回路構(gòu)成的負反饋網(wǎng)絡作為簡單的方波發(fā)生器。它的特點是線路簡單，輸出信號穩(wěn)定，用于方波產(chǎn)生電路比較合適。方案一的結(jié)構(gòu)比較麻煩，需要的元件比較多，構(gòu)成的成本高；而方案二與之正好相反。方案二的結(jié)構(gòu)比較簡單，成本也

7、低，制作起來比較簡單和方便。經(jīng)過以上分析我選用方案二來完成本課題設計。（二）直流穩(wěn)壓電源電源是電子電路和電子系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，目前，集成穩(wěn)壓器已在電源設備中得到廣泛使用。按工作方式分，穩(wěn)壓電源通常有連續(xù)調(diào)整式和開關(guān)調(diào)整式兩大類，而開關(guān)式穩(wěn)壓電源因其具有高效率、輸出低壓、大電流的優(yōu)點，其應用越來越廣泛。方案： 串聯(lián)式穩(wěn)壓電源方式我們首先想到用可調(diào)的三端式集成穩(wěn)壓器先提供穩(wěn)定電壓和小電流，再通過三極管擴流的方式使之提供大功率。其具體電路形式很豐富，可供借鑒的結(jié)構(gòu)也很多?？傊?，考慮實際能力，我選用經(jīng)典的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源方式。1.4 總體設計方案框圖及分析（一）標準信號發(fā)生器方框圖如下：比較

8、器RC反饋網(wǎng)絡反饋環(huán)圖 1.1框架圖分析如下：方波產(chǎn)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生方波的非正弦信號發(fā)生電路。由于方波包含極豐富的諧波，因此這種電路又稱為多諧振蕩電路。它是在滯回比較器的基礎上，增加了一個由、組成的反饋電路，把輸出電壓經(jīng)、反饋到集成運放的反相端。（二）直流穩(wěn)壓電源方框圖如下：變壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路圖1.2框架圖分析如下：本電路是將220V、50HZ的交流電壓通過變壓器變換成適用的電壓在經(jīng)過整流電路得到單向電壓、經(jīng)過濾波電路得到相應頻率的電壓最后經(jīng)過穩(wěn)壓電路得到所需的電壓綜合圖為：比較器RC反饋網(wǎng)絡變壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路220V220V圖1.3總框架圖第二章 標準信號

9、發(fā)生器各單元電路設計2.1 比較器和RC反饋網(wǎng)絡的電路設計由運算放大器A、1和組成的滯回比較器與RC電路組成的方波發(fā)生器電路如圖2.1所示。在比較器沒有翻轉(zhuǎn)之前，為一常數(shù)（設=+）。通過對充電，由-·/+逐漸上升，隨著的增大，兩端的電壓將逐漸下降，故充電電流也將不斷減小，使上升速度減慢。V。圖2.1由此可計算出振蕩周期T=2RCln（1+） （2.1.1）2.2 交直流轉(zhuǎn)換電路本電路的目的在于從50HZ、220V的交流電壓中得到直流電壓。當輸入為220V交流電壓時，首先通過變壓器降至25V左右交流電壓。整流部分選用了全波橋式整流電路，輸出為32V直流電壓。電路圖如下：220V圖 2.

10、22.3 濾波電路濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器，或于負載串聯(lián)電感器L，以及電容、電感組合而成的各種復式濾波電路。使用電感濾波的特點是整流濾波的導電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦。因此本部分采用電感濾波。電路圖如下：220V圖 2.32.4 穩(wěn)壓電路圖2.4是串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的一般構(gòu)圖，圖中是整流電路的輸出電壓，T為調(diào)整管，A為比較器放大電路，為基準電壓，它由穩(wěn)壓管與限流電阻R串聯(lián)所構(gòu)成的簡單穩(wěn)壓電路獲得，與組成反饋網(wǎng)絡，是用來反映輸出電壓變化的取樣環(huán)節(jié)。i 圖 2.4第三章 標準信號發(fā)生器整體電路設計3.1 標準信號發(fā)生器電路圖

11、及工作原理（一）方波發(fā)生器整體電路圖及工作原理1）整體電路圖：V。icVi圖3.1T/2VZVCT-VZVOT/2tV0圖3.2圖3.1所示為由滯回比較器及簡單RC反饋電路組成的方波發(fā)生器。該電路的振蕩頻率： （3.1.1）方波的輸出幅值：= （3.1.2）2）工作原理：把滯回比較器和RC反饋網(wǎng)絡首尾相接形成正反饋閉環(huán)系統(tǒng)，如圖3.1所示，則比較器輸出的方波經(jīng)RC反饋網(wǎng)絡可得到三角波，三角波又可觸發(fā)比較器自動翻轉(zhuǎn)成方波，這樣可構(gòu)成方波發(fā)生器。它是在滯回比較器的基礎上，增加了一個由、反饋到集成運放的反相端。在運放的輸出端引入限流電阻和兩個背靠背的穩(wěn)壓管就組成了一個如圖3.1所的雙向限幅方波發(fā)生器

12、。由圖可知，電路的正反饋系數(shù)F為，在接通電源的瞬間，輸出電壓究竟偏于正向飽和還是負向飽和，那純數(shù)偶然。設輸出電壓偏于負向飽和值，即時，加到集成運放同向端的電壓為-，而加于反向端的電壓，由于電容器上的電壓不能突變，只能由輸出電壓通過電阻按指數(shù)規(guī)律向充電來建立，充電電流為-。顯然，當加到反向端的電壓略負于-時，輸出電壓便立即從負飽和值（）迅速翻轉(zhuǎn)到正飽和值（），又通過對進行充電，充電電流為。直到略正于的值時，輸出狀態(tài)再翻轉(zhuǎn)回來。如此循環(huán)不已，形成一系列的方波輸出。圖3.2畫出了在一個方波的典型周期內(nèi)，輸出端及電容器上的電壓波形。設t=0時，=-，則在T/2的時間內(nèi)，電容上的電壓將以指數(shù)規(guī)律由-向方

13、向變化，電容器端電壓隨時間變化規(guī)律為設T為方波的周期，當t=T/2時，代入上式，可得；對T求解，可得。在低頻范圍（如10HZ10KHZ）內(nèi)，此電路是個較好的振蕩電路。當振蕩頻率較高時，為了獲得前后沿較陡的方波，以選擇轉(zhuǎn)換速率較高的運放為宜。（二）直流穩(wěn)壓電源的整體電路圖及工作原理1）整體電路圖：如下圖220V 圖 3.32）工作原理：電路如圖2.2所示T為電源變壓電路，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓變成整流電路要求的變流電壓，是要求直流供電的負載電阻，四只整流二極管接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。由于電抗元件在電路中有儲能作用，串聯(lián)電感在電源供給的電壓升高時，能把部分能量存儲起來，而當電源電壓

14、降低時，就把能量釋放出來，使負載電壓比較平滑、即電感L具有平波的作用；當忽略電感器L的電阻時，負載上輸出的平均電壓和純電阻負載相同，。電感濾波的特點是整流管的導電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦。缺點是由于鐵心的存在、體積大、笨重，易引起電磁干擾。一般只適用于低電壓、大電流場合。如果想進一步減小負載電壓中的紋波，電感后面再接一個電容來構(gòu)成。 如圖2.4這種穩(wěn)壓電路的主回路是起調(diào)整作用的BJT與負載串聯(lián)，故稱為串聯(lián)式穩(wěn)壓電路。輸出電壓的變化量由反饋網(wǎng)絡取樣經(jīng)放大電路（A）放大后去控制調(diào)整管T的c-e極間的電壓降，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。穩(wěn)壓原理可簡述如下：當輸入電壓增加時，導致輸出電壓

15、增加，隨之反饋電壓也增加。與基準電壓相比較，其差值電壓經(jīng)比較放大電路放大后使和減小，調(diào)整管T的c-e極間電壓增大，使下降，從而維持基本恒定。同理，當輸入電壓減?。ɑ蜇撦d電流增加）時，亦將使輸出電壓基本保持不變。從反饋放大電路的角度來看，這種電路屬于電壓串聯(lián)負反饋電路。調(diào)整管T連接成電壓跟隨器。因而可得或式中是比較放大電路的電壓增益，是考慮了所帶負載的影響，與開環(huán)增益不同。在深度負反饋條件下，1時，可得上式表明，輸出電壓與基準電壓進似成正比，與反饋系數(shù)成反比。當及已定時，也就確定了，因此它是設計穩(wěn)壓電路的基本關(guān)系式。3.2 電路參數(shù)計算（一）標準信號發(fā)生器1）集成運算放大器的選擇 在方波發(fā)生器電

16、路中，用于電壓比較器的集成運算放大器，其轉(zhuǎn)換速率應滿足方波頻率的要求。當方波頻率較高（幾十千赫茲以上）或?qū)Ψ讲ㄇ?、后沿要求較高時，應選用高速集成運算放大器來組成滯回比較器。2）穩(wěn)壓管的選擇穩(wěn)壓管的作用是限制和確定方波的幅值，此外方波振幅和寬度的對稱性也與穩(wěn)壓管的對稱性有關(guān)，為了得到穩(wěn)定而又對稱的方波輸出，通常都選用高精度雙穩(wěn)壓二極管，如2DW7。R。是穩(wěn)壓管的限流電阻，其值根據(jù)所用穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電流來確定。穩(wěn)壓管的電壓=5V；=2K。3）分壓器電阻和的確定和的主要作用是提供一個隨輸出方波電壓而變化的基準電壓，并決定方波的幅值。所以和的阻值應根據(jù)方波的峰值要求來確定。例如，已知=5V，若要方波的峰

17、值為2.5、1、0.5V；=125、50、25K；10 K。如果要求幅值可調(diào)，則應選用電位器。4）、值的確定、的值可根據(jù)方波的振蕩頻率來確定。當、值的確定后，可先選定電容的值，再由式確定的值，為了減小積分漂移，應盡量將值取大一些，但值越大漏電也越大，因此，一般積分電容不宜超過1f。取0.1f；=01900 K。（二）直流穩(wěn)壓電源1）整流濾波電路當電網(wǎng)電壓最低即=220×（1-20%）=176V時，必須保證=12V，又為保證調(diào)整管工作于放大區(qū)，取=4V，則=16V，此時變壓器次級電壓有效值，變壓器匝數(shù)比n=176/13.3=13.2，可采用12：1的變壓器（=220V，=18V）。流過

18、整流二極管的電流（設過流臨界值為2A），耐壓U。對于濾波電感，為使紋波足夠小，使為電網(wǎng)電壓半波周期的5倍，取=5T/2=0.05s，=L/、L=×，包括變壓器副線組的直流電阻和二極管D的正向電阻。所以一般很小。=1.2×18/2=11，L=0.05×11=0.55H，空載電容上的最大電壓為=29V，取幾十F至幾百F，所以取=90F。2）采樣電阻計算，。3）調(diào)整管參數(shù)計算，要求的。設推動管的=100，則=2/100=20mA，。4）整流二極管的選擇二極管D的d-e 容量可按D流過的平均電流和承受的最大反向電壓來選擇，并注意留有余量。在橋式整流、電感濾波電路中每只二極

19、管可按=1/2，=來選擇。3.3 整機電路性能分析波形的產(chǎn)生及變換電路是應用極為廣泛的電子電路。我所設計的是能產(chǎn)生標準方波波形信號輸出的函數(shù)發(fā)生器。波形工作頻率范圍1.5KHZ以下連續(xù)可調(diào)，方波幅值5、2、1V（峰值）連續(xù)可調(diào)。本電路的功能是將電網(wǎng)電壓作輸入信號，經(jīng)過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓產(chǎn)生直流的12V穩(wěn)壓電源。具體電路圖如下：220VVi正弦波V。方波圖 3.4第四章 設計總結(jié)此課程的課程設計實際是作為電子信息工程專業(yè)學生學習完電子技術(shù)基礎模擬部分課程后，進行的一次全面的綜合訓練，其目的在于加深對本課程理論和基本知識的理解，掌握運用電子技術(shù)基礎合理論知識設計一些簡單的基本應用電路的方法。經(jīng)過這段時間的學習和實踐，基本上完成了課程設計。雖說整個課設過程很辛苦，可是我們從中找到了樂趣、接觸了實踐，以前不是特別明白的地方也通過實踐弄懂了?？偟膩碚f，這次課程設計使我 感受到了理論與實踐相結(jié)合的目的及其重要意義，不但使我對所掌握的電子技術(shù)基礎知識有了更深刻的認識，還提高了我的動手查閱資料的能力而且還鍛煉了自己的獨立思考能力。 l 參考文獻1. 何立明.單片機應