模電多種波形發(fā)生器

遼寧工業(yè)大學(xué)模擬電子技術(shù)根底課程設(shè)計(jì)〔論文〕題目：多種波形發(fā)生器院〔系〕：電子與信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：〔簽字〕起止時(shí)間：—2012.07.13課程設(shè)計(jì)〔論文〕任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院〔系〕：電子與信息工程學(xué)院教研室：電子信息工程學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)題目多種波形發(fā)生器課程設(shè)計(jì)〔論文〕任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)：波形的產(chǎn)生及變換電路是應(yīng)用極為廣泛的電子電路，現(xiàn)設(shè)計(jì)并制作能產(chǎn)生方波、三角涉及正弦波等多種波形信號(hào)輸出的波形發(fā)生器。設(shè)計(jì)電路所需的直流穩(wěn)壓電源。功能要求：輸出的各種波形工作頻率范圍0.02Hz～1kHz連續(xù)可調(diào)。正弦波幅值±10V，失真度小于1.5％。方波幅值±10V。三角波峰峰值20V；各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)。設(shè)計(jì)要求：1.分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。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(duì)各種方案進(jìn)行比擬，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、并考慮器件的來(lái)源，敲定可行方案。3.設(shè)計(jì)各單元電路。總體方案化整為零，分解成假設(shè)干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。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(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說(shuō)明。進(jìn)度方案1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的控制要求?！?天〕2、確定設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)總體框圖。〔2天〕3、建立設(shè)計(jì)方案及各個(gè)環(huán)節(jié)的電路圖草圖。〔2天〕4、繪制單元電路的電路圖及整體電路圖?！?天〕5、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，確定參數(shù)，分析系統(tǒng)性能?！?天〕6、撰寫、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書〔1天〕指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)：論文質(zhì)量：辯論：總成績(jī)：指導(dǎo)教師簽字：年月日注：成績(jī)：平時(shí)20%論文質(zhì)量60%辯論20%以百分制計(jì)算摘要波形發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生大量標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和用戶定義信號(hào)，具有高精度、可重復(fù)性、易操作性、對(duì)頻率、幅值、相移、波形進(jìn)行動(dòng)態(tài)及時(shí)的控制的一類新型信號(hào)源。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案是把滯回比擬器和積分器首尾相接組成一個(gè)正反應(yīng)閉環(huán)系統(tǒng)，那么比擬器輸出的方波經(jīng)過(guò)積分器可得到三角波，三角波又觸發(fā)比擬器自動(dòng)翻轉(zhuǎn)形成法波；三角波—正弦波的轉(zhuǎn)換電路主要由差分放大電路來(lái)完成，差分放大電路具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器，可以有效抑制零點(diǎn)漂移，因此可以將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。關(guān)鍵詞：信號(hào)源；滯回比擬器；積分器；差分放大器目錄第1章多種波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案論證11.1多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)背景11.2多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)1設(shè)計(jì)要求1技術(shù)指標(biāo)11.3多種波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案的論證21.4總體設(shè)計(jì)方案的框圖2第2章多種波形發(fā)生器各單元電路設(shè)計(jì)32.1方波—三角波產(chǎn)生電路32.2正弦波產(chǎn)生電路42.3直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)5第3章多種波形發(fā)生器整體電路設(shè)計(jì)63.1整體電路圖及工作原理63.2電路參數(shù)計(jì)算73.3多種波形發(fā)生器電路仿真8方波—三角波輸出波形8正弦波輸出波形9第4章課程設(shè)計(jì)總結(jié)10參考文獻(xiàn)11附錄12多種波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案論證多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)背景波形發(fā)生器是隨著眾多領(lǐng)域?qū)τ趶?fù)雜的、可由用戶定義的測(cè)試波形的需要而形成和開展起來(lái)的，它的主要特點(diǎn)是可以產(chǎn)生任何一種特殊波形，輸出信號(hào)的頻率、電平以及平滑低通濾波的截至頻率也可以作到程序設(shè)置，因此在機(jī)械性能分析、雷達(dá)和導(dǎo)航、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等方面得到廣泛的應(yīng)用。而對(duì)AWG的控制、數(shù)據(jù)傳輸、輸出信號(hào)的頻率和電平設(shè)置都可以通過(guò)微機(jī)打印口在EPP工作模式下設(shè)計(jì)完成。這樣不僅具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，占用微機(jī)資源較少的優(yōu)點(diǎn)，而且操作簡(jiǎn)單，使用方便，易于硬件升級(jí)。波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和用戶定義信號(hào)，具有高精度、可重復(fù)性、易操作性、連續(xù)的相位變換和頻率穩(wěn)定性，還可以對(duì)頻率、幅值、相移、波形進(jìn)行動(dòng)態(tài)及時(shí)的控制。隨著不斷進(jìn)步的計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)在測(cè)量?jī)x器中的應(yīng)用而形成和開展起來(lái)的一類新型信號(hào)源。多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)并制作能產(chǎn)生方波、三角波、正弦波等多種波形信號(hào)輸出的波形發(fā)生器設(shè)計(jì)電路所需要的直流穩(wěn)壓電源。技術(shù)指標(biāo)輸出的各種波形工作頻率范圍0.02Hz-1KHz連續(xù)可調(diào)，正弦波幅值±10V，失真度小于5%。方波幅值±10V。三角波峰峰值20V，各種輸出波形幅值均為連續(xù)可調(diào)，采用左進(jìn)右出規(guī)律擺放電路。多種波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案的論證方案一：由比擬器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比擬器輸出的方波經(jīng)過(guò)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來(lái)完成。方案二：文氏橋振蕩器產(chǎn)生正弦波輸出，用集成運(yùn)放構(gòu)成電壓比擬器，將正弦波信號(hào)變換成方波信號(hào)輸出。用運(yùn)放構(gòu)成積分電路，將方波信號(hào)變換成三角波信號(hào)輸出。方案二同方案一比擬，對(duì)于三角波的產(chǎn)生有一定的麻煩，因?yàn)轭}目需要頻率為連續(xù)可調(diào)，但幅度穩(wěn)定性難以到達(dá)要求；方案一由于采用運(yùn)算放大器組成積分電路，因此可實(shí)現(xiàn)恒流充電，使三角波線性大為改善。由此，本設(shè)計(jì)采用方案一?？傮w設(shè)計(jì)方案的框圖方波方波三角波正弦波比擬器積分器差分放大器圖1.1總體設(shè)計(jì)方案框圖直流電源多種波形發(fā)生器各單元電路設(shè)計(jì)方波—三角波產(chǎn)生電路圖2.1方波圖2.1方波—三角波產(chǎn)生電路方波三角波將滯回比擬器和積分器首尾相連形成正反應(yīng)閉環(huán)系統(tǒng)，那么比擬器輸出的方波經(jīng)過(guò)積分器積分可得到三角波，三角波又觸發(fā)比擬器自動(dòng)翻轉(zhuǎn)形成方波，這樣既可構(gòu)成三角波、方波發(fā)生器。電路振蕩頻率：方波幅值：三角波幅值：調(diào)節(jié)Rw可以改變振蕩頻率；改變比值可調(diào)節(jié)三角波的幅值。正弦波產(chǎn)生電路圖2.2正弦波產(chǎn)生電路圖2.2正弦波產(chǎn)生電路三角波正弦波三角波—正弦波的轉(zhuǎn)換電路主要由差分放大電路來(lái)完成，差分放大電路具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器，可以有效抑制零點(diǎn)漂移，因此可以將頻率很低的三角波變換成正弦波。直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)W7812W7812U2U1圖2.3直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)電路圖三端式穩(wěn)壓器W7812構(gòu)成的單電源電壓輸出串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的實(shí)驗(yàn)電路圖。其中整流局部采用了4個(gè)二極管組成的橋式整流器，型號(hào)為2W06,。濾波電容C1、C2一般選取幾百至幾千微法。當(dāng)穩(wěn)壓器距離蒸餾濾波電路較遠(yuǎn)時(shí)，在輸入端必須接入電容器C3，以抵消線路的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。輸出端電容C4用以濾除輸出端的高頻信號(hào)，改善電路的暫態(tài)響應(yīng)。多種波形發(fā)生器整體電路設(shè)計(jì)整體電路圖及工作原理W781W7812圖3.1多種波形發(fā)生器整體電路圖先由W7812構(gòu)成單電源電壓輸出串聯(lián)型12V穩(wěn)壓電源，為方波—三角波產(chǎn)生電路、三角波轉(zhuǎn)換正弦波電路供電，保障其正常工作。由比擬器和積分器產(chǎn)生方波和三角波將其輸出，而三角波經(jīng)過(guò)差分放大電路變換成為正弦波輸出。電路參數(shù)計(jì)算由W7812產(chǎn)生穩(wěn)定的12V電壓，即三角波—方波的振蕩頻率為調(diào)節(jié)Rw可以改變振蕩頻率，使得頻率范圍在0.02Hz—1KHz間連續(xù)可調(diào)；方波的幅值為：三角波的幅值為：改變的阻值，可以調(diào)節(jié)三角波的幅值。三角波—正弦波變換電路的參數(shù)選擇原那么是：隔直電容C8、C9要取得較大，因?yàn)檩敵鲱l率很低。多種波形發(fā)生器電路仿真方波—三角波輸出波形圖3.2方波圖3.2方波—三角波輸出波形圖由上圖可看出由滯回比擬器和積分器產(chǎn)生的方波與正弦波周期T=1.971s≈2.00s,頻率f=500HZ。根本符合設(shè)計(jì)的要求。正弦波輸出波形圖3.圖3.3正弦波輸出波形圖由三角波經(jīng)過(guò)差分放大器所輸出的正弦波根本符合設(shè)計(jì)要求。課程設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)要求能夠產(chǎn)生多種波形是通過(guò)先產(chǎn)生方波、三角波，然后三角波轉(zhuǎn)變?yōu)檎也▽?shí)現(xiàn)的。將滯回比擬器與積分器首尾相連組成閉關(guān)系統(tǒng)，從而產(chǎn)生方波和三角波，在三角波與正弦波轉(zhuǎn)換的電路方面，主要采用的差分放大電路，因?yàn)槠渚哂泄ぷ鼽c(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在直流穩(wěn)壓電源這局部，本設(shè)計(jì)采用了三端式穩(wěn)壓器W7812構(gòu)成的單電源電壓輸出串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)仿真大局部結(jié)果與預(yù)期假設(shè)相吻合，但有一點(diǎn)缺乏之處，當(dāng)穩(wěn)壓器距離濾波電路較遠(yuǎn)時(shí)，必須在輸入端接入電容器，以抵消線路的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。參考文獻(xiàn)[1]康華光編著《電子技術(shù)技術(shù)模擬局部》高等教育出版社2006.8[2]魯寶春主編《電子技術(shù)根底實(shí)驗(yàn)》．東北大學(xué)出版社，2011.8[3]何仰贊等編著《電力系統(tǒng)分析》武漢：華中理科技學(xué)出版