畢業設計-函數信號發生器設計(文件)

　

【正文】 圖 41 幾種正弦波失真 自制電源的裝調 在對電源部分進行檢測時，首先要把它與其它電路斷開，然后再檢查電路連接是否正確，在確定接線正確的情況下，先檢查變壓器，穩壓管是否正常工作，所有檢查結束后，最后通電用萬用表電壓檔分部進行檢測，看其電壓是否為理論值。 ⑵ 故障二： 旋轉分線器旋鈕，輸出端的波形沒有頻率的變化。 電源部分故障 電源部分唯一的故障就是認為 穩壓管 7912 的引腳與 7812 的引腳是相同的，造成接線錯誤。 從中我學習到了函數信號發生器的多種不同設計方案 ，并詳細掌握了其工作原理。 隨著畢業日子的到來，畢業設計也接近了尾聲。畢業設計是培養學生綜合運用所學知識 ,發現 ,提出 ,分析和解決實際問題 ,鍛煉實踐能力的重要環節 ,是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程 。在產品設計初期，我開始設計的電路過于簡單， 不能滿足設計的要求 ，這是我平時在學習時不深入的反映，平時也很少自主 的進行電路設計方面的學習和訓練。 25 致 謝 我要感謝我的指導老師孫老師對我悉心的指導，感謝老師給我的幫助。 還要感謝一直以來支持我鼓勵我的好朋友，好同學，好室友。感激之情難以言表，在此謹向諸位恩師致以深深的謝意。 轉眼間大學生活即將結束 ， 它短暫而充實，輕松而又愜意， 它會在我以后的學習及工作中起到深遠的影響！ 這四年里， 敬愛的各位老師 給了我無微不至的指導和幫助。同時還要感謝系實驗室在畢業設計期間提供給我們優越的實驗條件。 總之，短短幾個月的畢業設計使我受益匪淺，它不僅增強了我分析問題、解決問題的能力，而且還提高了我的實際動手能力。通過這次畢業設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在沒有做畢業設計以前覺得畢業設計只是對這幾年來所學知識的單純總結，但是通過這次做畢業設計發現自己的看法有點太片面。除此之外，還可以鍛煉我 們參數選擇及電路排版的能力。 23 結 論 眾所周知，函數信號發生器有很多用途且在很多方面得到廣泛應用，而 作為一個通信專業的畢業生 更要對它有深刻的了解，所以進行函數信號發生器的設計有 著十分重要的意義。 三角波 — 正弦波發生器故障 在對差分放大器傳輸特性曲線調試完畢后，將 RP3與 C4相連，在其輸出端觀測到的波形如圖所示，即產生鐘形失真，理論上的原因是傳輸特性曲線的線性區太寬，應減少 RE2來調節，但 RE2 是固定值，所以不是問題所 在，調節 RP3后，其輸出波形接近正弦波，又由于電容 C6用來改善波形，所以懷疑其大小對波形有影響。 剛開始懷疑芯片 uA747 有問題，但經檢測后發現其能正常工作，并且電路接線正確。 非線性失真 ： 如圖 41（ c） 所示，三角波的線性度較差引起的失真，主要受運放性能的影響。 它們的值計算如下： 0 * 40 .7 1 .1 3EEEVVI m ARR????? IC1Q= IC2Q = I0/2=， VC1Q = VC2Q = VCC IC1QRC1= VB1Q = VB2Q = ICRB1/β =≈ 0V， VE1Q= VE2Q≈ VE3Q= VE4Q= VEE( I0 RE3) =， VB3Q= VB4Q= ICRE3/β =≈ 0V VC4Q= I0R*= ， VC3Q= 三角波 → 正弦波變換電路調試。將 C4與 RP3的連線斷開，經電容 C4輸入差模信號電壓 Vid=50MV， fi=100 的正弦波。 設計的 裝調 方波 → 三角波發生器的裝調 由于比較器 A1 與積分器 A2 組正反饋閉環回路，同時輸出方波與三角波，故這兩個單元電路可以同時安裝。 MF47D 型萬用表： 電路調試階段，測試各元器件的工作狀態參數；在產品制作后期，用來測試整個電路的靜態工作點。 圖 35 三端穩壓器 LM79XX 稱為負穩壓器，它的構造與 LM78XX 是相同的，它能提供多種直流負壓輸出。當外加適當大小的散熱片且整流器能提供足夠的輸入電流時，穩壓器可提供 的 輸出電流。 15V；開環電壓放大倍數 2 105（一個單元， V0=177。 22V， CF747C 為177。同類或直接代替的型號有 CF747MT、CF747CT、 CF747MD、 CF747CD、 CF747MJ、 CF747CJ、 CF747CP、 SG747 等。 除此之外，圖 是電源電路，為整個電路提供 177。 電路 及工作原理 函數信號發生器設計電路圖如圖 32所示，電源電路如圖 33所示。 ⑶ 變壓器：輸入電壓 220VAC，輸 出電壓 12VDC，額定工作電流 600mA。 原理 框圖 函數信號發生器原理框圖如圖 31所示： 圖 31 原理框圖 本設計的基本思想是比較器與積分電路和反饋網絡（含有電容元器件）組成振蕩器，其中比較器產生的方波通過積分電路變換成了三角波，電容的充、放電時間決定了三角波的頻率。三角波的輸出幅度不超過電源電壓 +VCC。差分放大器的靜態工作點可通過觀測傳輸特性曲線、調整 RP4 15 及電阻 R*來確定。 取平衡電阻 R5=10K。 在上面指出了函數信號發生器的一些性能指標，所以為了滿足這些要求就要對元件的參數進行計算 。 14 3 基于晶體管 與 運放 IC 函數 信號 發生器 設計 性能指標 輸 出波形 正弦波、方波、三角波。 通過以上論述可知： 基于 單片集成芯片 MAX038 函數 信號 發生器 設計 的優點 ： MAX038 頻率高、精度好， 能產生多種波形，達到較高的頻率，且易于調試 ，可以達到更高的技術指標，因此它被稱為高頻精密函數信號發生器 IC，并且在鎖相環、壓控振蕩器、頻率合成器、脈寬調制器等電路的設計上， MAX038 都是優選的器件。波形變換的原理是：利用差分對管的飽和與截止特性進行變換。對這個式子進行整理， 得比較器翻轉的下門限電位 Via=[R2/（ R3+RP1） ]VCC 若 V01=VEE，則比較器翻轉的上門限電位 ： Via+=[R2/（ R3+RP1） ]VCC， 所以 比較器的門限寬度 VH為 VH= Via+Via=2[R2/（ R3+RP1） ]VCC， 所以 由 前 面的 式 子 可得比較器的電壓傳輸特性，如圖 23（ a） 所示。 圖 21 ICL8083的基本接法 基于晶體管、運放 IC 等函數 信號發生器的設計 此方案 包括兩部分電路，一部分為方波 — 三角波產生電路，另一部分為三角波→正弦波變換電路。通過以 上分析可知，改變電容充電放電電流即改變 RA， RB 的數值，或改變電容 C 的數值，就改變了充放電時間，因此可改變其頻率。一直到 uc下降到 1／ 3 VEE，使電壓比較器 Ⅱ 的輸出電壓躍變為低電平， Q 才變為低電平（ Q 同時為高電平），使得電子開關 S 斷開，電容 C 又開始充電。15 V，頻率的可調范圍為 1～ 600 kHz，輸出矩形波的占空比可調范圍為 2％～ 98％。 基于單片集成芯片 MAX038 函數信號發生器的設計 MAX038 是性能優良的集成函數發生器。因此，在要求不是很高的情況下，可以用一固定電阻代替恒流源， T T2 也可以采用特性相近的兩只晶體管，而不一定要用對管，還可以通過調整外參數使電路盡可能對稱。 共模抑制比 KCMR 的測量方法如下：當差模電壓增益 AVD 的測量完成后，輸入Vic=500mV, fi=500Hz 的共模信號。 圖 17 差模傳輸特性曲線 共模特性 當差分放大器的兩個輸入端輸入一對共模信號（大小相等、極性相同） vic 時，由于恒流源的作用，集電極電壓 vc vc2不會因 vic 變化而同時增加或減小。 也可以通過測量 T1和 T2的集電極電壓 vc vc2隨差模電壓 vid 的變化規律來測量差模傳輸特性。由傳輸特性可以看出： 當差模輸入電壓 Vid=0 時，兩管的集電極電流相等， IC1Q=IC2Q= I0/2，稱 Q 點為靜態工作點；當 vid 增加（177。由于電路的這種對稱性結構特點及恒流源的作用，無論是溫度的變化，還是電源的波動（稱之為共模信號），對 T T2 兩管的影響都是一樣的。其中， T T2 稱為差分對管，常采用雙三極管如 5G921 或 BG319 等，它與電阻 RB RB RC RC2及電位器 RP 共同組成差分放大器的基本電路。若輸入為一對稱方波，則積分器的輸出為一對稱三角波，其波形關系如圖 15（ c） 所示。 若 ui 選用階躍信號，在 t≥ 0 時，輸出電壓 uo 的表達式為ui=0(t0)或 ui=E（ t≥ 0） ， U0=Et/RC 式中， RC 為積 分時間常數；輸出電壓 uo 的最大值受集成運算放大器的最大輸出電壓和輸出電流限制，因此積分時間是有限的。當電容 C 的端電壓 VC（等于運放的反相端電壓 V）大于 V+時，輸出電壓 V0= VZ（雙向穩壓管 DZ的限幅電壓），則電容 C 經電阻 R 放電， VC下降。 當 URL〈 ui〈 URH時， u01= u02= UOM，所以 VD1和 VD2均截止，穩壓管截止， u0=0。 當輸入電壓 ui大于 URH時，必然大于 URL，所以集成運放 A1的輸出 u01=+UOM，A2的輸出 u02= UOM。故只有當 Ui下降到 U+以下，才能使 Uo 再度回升到 Uo+，于是出現圖 12（ b）所示的滯回特性。滯回比較器具有滯回特性，即具有慣性，因而也就具有一定的抗干擾能力。它只有一個門限電壓，所以也稱單限比較器 。它的基本原理 是將信號電壓 Ui 與 參考電壓 UR進行比較，當 Ui UR 時，電壓比較器正向飽 和 ；當 Ui UR時 ，電壓比較器 負向飽和 ；當 Ui=UR 時，狀態不定。 2 1 函數信號發生器相關 知識 與基本原理 在 函數 信號 發生器 設計中，會應用到許多模電數電方面的知識。 在它 的 多種 設計方案 中 ，本文選用集成運算放大器與晶體管差分放大器來實現方函數 信號 發生器的設計 。在工業、農業、生物醫學等領域內，如高頻感應加熱、熔煉 、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器 等等 。 同 樣 三角波，方波 ，正弦波也 有著不可忽視的作用 ，如在示波器中常用方波做標準信號來檢查它的好壞，在實驗中常用正弦波作為信號源，測量放大器的放大倍數，觀察波形的失真情況等等。信號發生器按其信號波形可分為四大類：正弦信號發生器、函數（波形）信號發生器、脈沖信號發生器、隨機信號發生器 。 差分放大器 。本課題的任務是 設計一個函數信號發生器， 使其能自動產 生方波、三角波 以 及正弦波。 4．撰寫畢業設計論文。 研究方法與實施計劃： 研究方法： 用集成運算放大器與晶體管差分放大器來實現函數 信號 發生器的設計。 研究目標、內容、難點及關鍵 ： 研究目標與內容： 設計一個函數信號發生器，使其能夠自動產生方波、三角波以及正弦波。 題目： 函數信號發生器設計（ 2） 系 （部）：信息科學與技術系 專 業 班： 通信工程 0302 班 姓 名： 學 號： 20211181064 指導教師：