通信工程畢業設計-多種波形發生器的設計(完整版)

　　

【正文】 圖 在以上應用中，由于第 7 腳頻率調節電壓偏置一定 ，所以函數信號的頻率和占空比由 RA、RB 和 C 決定，其頻率為 F，周期 T， t1 為振蕩電容充電時間， t2 為放電時間。此外 8038還能實現 FM調制，掃描輸出 ICL8038原理簡介 ICL8038 采用 DIP－ 14 封裝，管腳如下圖所示。 （ 2）振蕩頻率范圍寬，頻率穩定性好。 C2和 R 構成自舉電路，用于提高輸出電壓正半周的幅度，以得到大的動態范圍。 . OTL 功率放大器 圖 48 所示為 OTL 低頻功率放大器。 R5 確定后，可按下式求出 R2。由 Rf=和 R=R3//Rf可求出： R3= R = ????? 33 西安工業大學北方信息工程學院畢業設計（論文） 17 取標稱值 : R3=30k ? 所以 :Rf== 31030?? ?=63k?. 為了達到最好效果 , Rf與 R3的值還需通過實驗調整后確定。 )( 12 1 40 sfRC ??????? ? () （ 2）確定 R、 C 的值 為了使選頻網絡的 特性不受運算放大器輸入電阻和輸出電阻的影響。 振蕩電路 RC 振蕩器的設計 RC 振蕩器的設計，就是根據所給出的指標要求，選擇電路的結構形式，計算和確定電路中各元件的參數，使它們在所要求的頻率范圍內滿足振蕩的條件，使電路產生滿足指標要求的正弦波形。 LM317系列和 LM337 系列的引腳功能相同，管腳圖和典型電路如圖 45 和圖 46。正負半周內部都有電流流過的負載電阻 RL，且方向是一致的。 （ 3）脈動大的直流電壓須經過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。 Ou 之所以為三角波，是由于電容充放電的時間常數相等，積分電路輸出電壓 Ou 上升和下降的幅度和時間相等，上升和下降的斜率的絕對值也相等。該電路的工作波形圖如圖 333所示。 根據上邊的分析，可以畫出 Cu 與 Ou 的波形如 下 圖 所示： 圖 由波形可知， Cu 從 1t 時刻的 ZZZ FURRUR ?? )( 21 下降到 2t 時刻的 ZFU? ，再上升到 3t 時刻的 ZFU ，所需的時間就是一個振蕩周期 OT 在 1t 到 2t 這段時間， Cu 的變化規律是簡單 RC 電路充放電規律，其常數為 CRf ，初始值為 ZFU （ 1t 時刻），終了值為 ZU? （ t→∞ ），故 CRttZZZC feUFUUu /)( 1)]([ ??????? () 在 2tt? 時， ZC FUu ?? ，代入上式后可求得 )21l n(11ln 1 212 RRCRFFCRtt ff ?????? 同樣可求得 )21l n(121223 RRCRtttt f ????? () 由于高低電平所占的時間相等，故 Ou 是方波。 圖 方波發生器電路原理圖 參看圖 321 所示電路，設在接通電源的時刻，電容器兩端電壓 0?Cu ，輸出電壓 ZO Uu ? ，則加到運放同相輸出端的電壓為 ZZP FUURR Ru ??? 21 2 () 式中，)( 21 2RR RF ??。 的特 點 : ⑴ 線性良好、穩定性好； ⑵ 頻率易調，在幾個數量級的頻帶范圍內，可以方便地連續地改變頻率，而且頻率改變時，幅度恒定不變； ⑶ 不存在如文氏電橋那樣的過渡過程，接通電源后會立即產生穩定的波形； ⑷ 三角波和方波在半周期內是時間的線性函數，易于變換其他波形。 ② 缺點： 但是對于三角波的產生則有一定的麻煩，因為題目要求有 較高 的頻率覆蓋系數，顯然對于 這樣 的頻率變化會有積分時間的變化從而導致輸出電壓振幅的 變化。 本設計將完成以下幾個方面的工作： ，盡量滿足一般工業控制要求，以增強其實用性。目前可以利用可視化編程語言（如 Visual Basic Visual C 等等）編寫任意波形發生器的軟面板，這樣允許徒手從計算機顯示屏上輸入任意波形，來實現波形的輸入。就目前國內的成熟產品來看，多為一些 PC儀器插卡，我國目前在任意波形發生器的種類和性能都與國外同類存在較大的差距，因此加緊對這類產品的研制顯得迫在眉睫。它還被用來確定不可接受的噪聲水平、定時問題、信號電平異常、寬帶損耗、諧波失真，以及各種相關問題。大電阻，大電容在制作上有困難，參數的精度亦難以保證。按照產生的波形來分，有正弦波發生器和非正弦波發生器兩大類。 關鍵詞 ： ICL8038；波形；原理圖； 常用接法 II Various waveform generator design Abstract Waveform generator also called function signal generator, is a kind of can produce various waveform, such as triangle wave, sawtooth wave, such as pulse waveform circuit, sine wave. Common signal generator majority is posed of a analog circuit, when the analog signal generator for lowfrequency signal output often require RC value is very big, such not only parameters, and hard to ensure accuracy of size and power are large, but by digital circuit consists of low frequency signal generator, although its lowfrequency performance is good but big volume and expensive. Therefore, high accuracy, low price, wide band will be the development trend of the signal generator. For many waveform generator design, have two kinds of schemes: 1. Can be produced according to the first, the sinusoidal periodic sine wave and sine waves that presents a certain function relation, again through plastic circuit will sine wave, after converting squarewave after to turn the integral circuit triangle wave. 2. Use can also produce triangle wave, the chip, sine pulse, then take an external circuit consists of function signal generator. This design is the core ponent integrated blocks ICL8038, making for a function signal generator。 常用的信號發生器絕大部分是有模擬電路構成的，當這種模擬信號發生器用于低頻信號輸出往往需要的 RC值很大，這樣不但參數 準確度難以保證，而且體積和功率都很大，而由數字電路構成的低頻信號發生器，雖然其低頻性能好但體積大，價格昂貴。在電子技術應用領域，要求信號源的溫度、頻率的穩定性都比較高 。該芯片是 一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路，只需要個別的外部元件就能產生從 ～30KHz 的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號。 早期的波形發生器主要著重音頻頻段，現在的 波形發生器已擴展到射頻頻段，它與數字示波器（ DSO）密 切配合，只要數字示波器捕獲的信號 ， 波形發生器就能復制出同樣的波形。但是這種電路存在波形質量差，控制難，可調范圍小，電路復雜和體積大等缺點 。因為現代的自動化控制中基本都會利用信號來控制設備的工作?？梢娦盘栐丛诟鞣N實驗應用和實驗測試處理中，它不是測量儀器，而是根據使用者的要求，作為激勵源，仿真各種測試信號，提供給被測電路，以滿足測量或各種實際需要。任意波形發生器通常允許用一系列的點、直線和固定的函數段把波形數據存入存儲器。 本文所研究的內容 本論文 的任務是根據波形發生器的特點和應用情況，結合新一代高性能芯片及其外圍擴展系統設計一種使用簡單、性能優良的波形發生器，該波形發生器在改變頻率的情況下能產生正弦波、方波、三角波、鋸齒波等波形。用 集成運放構成電壓比較器，將正弦波信號變換成方波信號輸出。由于外接電容的充、放電電流由兩個電流源控制，所以電容兩端電壓 的變化與時間成線性關系，從而可以獲得理想的三角波 輸出。 函數信號發 生器是是由基礎的非正弦信號發生電路和正弦波形發生電路組合而成。在 PN uu ? 以前， ZO Uu ?? 保持不變。圖中 1A 等還可構成同相滯回比較器， 2A 和 4R 、 C 等組成反相積分電路?？梢?，在 2tt? 前的一瞬間， 01?Pu ， ZO Uu ??1 ，則 212 )( RURtu ZO ?? ， 故 在 2tt? 以后電路周而復始，循環不以，形成振蕩。但 A 比 3 大得多了會導致輸出正弦波形變差。 （ 4）穩壓電路：穩壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩定，不隨交流電網電壓和負載的變化而變化 ,從而獲得足夠高的穩定性 。 317 系列穩壓器輸出連續可調的正電壓，337 系列穩壓器輸出連可調的負電壓，可調范圍為 ~37V，最大輸出電流 maxOI 為 。 ② . 選擇電源變壓器 1）確定副邊電壓 U2: 根據性能指標要求： Uomin=3V Uomax=9V 又 ∵ UiUomax≥ (UiUo)min UiUoin≤ (UiUo)max 其中：（ UiUoin） min=3V， (UiUo)max=40V ∴ 12V≤ Ui≤ 43V 此范圍中可任選 ： Ui=14V=Uo1 根據 Uo1=(～ )U2 可得變壓的副邊電壓 ： VUU O 12 ?? () 2）確定變壓器副邊電流 I2 ∵ Io1=Io 西安工業大學北方信息工程學院畢業設計（論文） 15 又副邊電流 I2=(～ 2)IO1 取 IO=IOmax=800mA 則 I2=＊ = () 3）選擇變壓器的功率 變壓器的輸出功率： PoI2U2= () ③ . 選擇整流電路中的二極管 ∵ 變壓器的副邊電壓 U2=12V ∴ 橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為： VU 172 2 ? 橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為： AIo ?? 查手冊選整流二極管 IN4001，其參數為：反向擊穿電壓 UBR=50V17V 最大整流電流 IF=1A ④ . 濾波電路中濾波電容的選擇 濾波電容的大小可用式 求得。 圖 RC 正弦波振蕩器 設計步驟如下： 根據設計要求，選擇圖 51 所示電路。 由振蕩的振幅條件可知，要使電路起振， Rf應略大于 2R3，通常取 Rf=。 （ 5） R5與 R2的確定 由于二極管的非線性會引起波形失真，因此，為了減小非線性失真，可在二極管的兩端并上一個阻值與 rd（ rd 為二極管導通時的動態電阻）相近的電阻 R5。多級放大器在工作過程中，一般先由小信號放大電路對輸入信號進行電壓放大，再由功率放大電路進行功率放大，以控制或驅 動負載電路工作。調節 RW2，可以使 T T3得到合適的靜態電流而工作于甲、乙類狀態，以克服交越失真。 5177。 （ 4）矩形波占空比的調節范圍很寬， D=1%99%，由此可獲得窄脈沖、寬脈沖或方波。改變電容器的充放電時間，可實現三角波與鋸齒波方波與矩形波的互相轉換。該芯片的第1 腳和第 12 腳就是為調節輸出正弦波失真度而設置的。由于 I2I1， 因此電容 C 放電， vc隨時間線性下降。由于恒流源 2的工作電流值為 2I，是