通信工程畢業(yè)設(shè)計(jì)-多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)(留存版)

　　

【正文】 其實(shí)用性。 的特 點(diǎn) : ⑴ 線性良好、穩(wěn)定性好； ⑵ 頻率易調(diào)，在幾個(gè)數(shù)量級(jí)的頻帶范圍內(nèi)，可以方便地連續(xù)地改變頻率，而且頻率改變時(shí)，幅度恒定不變； ⑶ 不存在如文氏電橋那樣的過(guò)渡過(guò)程，接通電源后會(huì)立即產(chǎn)生穩(wěn)定的波形； ⑷ 三角波和方波在半周期內(nèi)是時(shí)間的線性函數(shù)，易于變換其他波形。 根據(jù)上邊的分析，可以畫(huà)出 Cu 與 Ou 的波形如 下 圖 所示： 圖 由波形可知， Cu 從 1t 時(shí)刻的 ZZZ FURRUR ?? )( 21 下降到 2t 時(shí)刻的 ZFU? ，再上升到 3t 時(shí)刻的 ZFU ，所需的時(shí)間就是一個(gè)振蕩周期 OT 在 1t 到 2t 這段時(shí)間， Cu 的變化規(guī)律是簡(jiǎn)單 RC 電路充放電規(guī)律，其常數(shù)為 CRf ，初始值為 ZFU （ 1t 時(shí)刻），終了值為 ZU? （ t→∞ ），故 CRttZZZC feUFUUu /)( 1)]([ ??????? () 在 2tt? 時(shí)， 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(shí)間相等，故 Ou 是方波。 Ou 之所以為三角波，是由于電容充放電的時(shí)間常數(shù)相等，積分電路輸出電壓 Ou 上升和下降的幅度和時(shí)間相等，上升和下降的斜率的絕對(duì)值也相等。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過(guò)的負(fù)載電阻 RL，且方向是一致的。 振蕩電路 RC 振蕩器的設(shè)計(jì) RC 振蕩器的設(shè)計(jì)，就是根據(jù)所給出的指標(biāo)要求，選擇電路的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算和確定電路中各元件的參數(shù)，使它們?cè)谒蟮念l率范圍內(nèi)滿足振蕩的條件，使電路產(chǎn)生滿足指標(biāo)要求的正弦波形。由 Rf=和 R=R3//Rf可求出： R3= R = ????? 33 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 取標(biāo)稱值 : R3=30k ? 所以 :Rf== 31030?? ?=63k?. 為了達(dá)到最好效果 , Rf與 R3的值還需通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)整后確定。 . OTL 功率放大器 圖 48 所示為 OTL 低頻功率放大器。 （ 2）振蕩頻率范圍寬，頻率穩(wěn)定性好。 圖 圖 圖 在以上應(yīng)用中，由于第 7 腳頻率調(diào)節(jié)電壓偏置一定 ，所以函數(shù)信號(hào)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(shí)間， t2 為放電時(shí)間。而觸發(fā)器輸出的方波經(jīng)緩沖器輸出到腳 9。 工作原理 當(dāng)給函數(shù)發(fā)生器 ICL8038 接通電源時(shí)，電容 C的電壓為 0 V，電壓比較器 Ⅰ 和 Ⅱ 的輸出電壓均為低電平；因而 RS觸發(fā)器的輸出 Q 為低電平， Q’ 為高電平；使電子開(kāi)關(guān) S斷開(kāi)，電流源 IS1 對(duì)電容充電，充電電流時(shí)間的增長(zhǎng)而線性上升。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 24 圖 正弦波失真度 調(diào)節(jié)電路 ICL8038 的 典型應(yīng)用 IC8038 的典型應(yīng)用電路見(jiàn)圖 771。還可以采用圖 5所示電路，該電路適合對(duì)振蕩器作小范圍調(diào)整（ R 是調(diào)節(jié)電阻），并使正弦波的失真度減小到 %以下， R R7為失真度調(diào)節(jié)電阻。認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和 最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。增強(qiáng)解決問(wèn) 題的能力。 ④ 當(dāng)開(kāi)關(guān) S 接在 4C =10uF 時(shí)， fo= : （ 1）用單電源供電時(shí)，三角波和正弦波的平均值等于 V+ /2，而方波幅度為 V+。15 V ，頻率的可調(diào)范圍為 ～ 250 kHz，輸出矩形波的占空比可調(diào)范圍為 5％～ 90％。 ICL8038 中的非線性網(wǎng)絡(luò)是由 4級(jí)擊穿點(diǎn)的非線性逼近網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。而電流源 I1則向外接電容 C 充電，使電容兩端電壓 VC隨時(shí)間線性上升，當(dāng) VC上升到 VC=2VR/3 時(shí)，比較器 C1輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端 Q 由低電平變?yōu)楦唠娖剑刂崎_(kāi)關(guān) S 使電流源I2接通。再利用正弦波變換器將三角波變換成正弦波，從第 2 腳輸出。 （ 1） 5G8038電源電壓范圍寬，采用單電源供電時(shí)， V+GND的電壓范圍 +10+30V；采用雙電源供電時(shí)， V+V的電壓可在177。 功率放大器 電子電路一般都由多級(jí)放大器組成。 因此，初選 R=20kΩ，則： uFFC 73 4 ?????? ?? （ 3）確定 R3和 Rf(在圖 1 中 Rf=R4+Rw+rd//R5)的值。 LM317 其特性參數(shù)： 輸出電壓可調(diào)范圍： ～ 37V 輸出負(fù)載電流： 輸入與輸出工作壓差Δ U=UiUo： 3～ 40V 能滿足設(shè)計(jì)要求 ,故選用 LM317 組成穩(wěn)壓電路。 （ 3）濾波電路： 為了減小電壓的脈動(dòng) ,可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分通過(guò)低通濾波器 加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。直到 2tt? 時(shí)， 1Pu 略大于零， 1Ou 從 ZU? 突 跳到 ZU 。 ZO Uu ?? 時(shí)， ZP FUu ?? ，同時(shí) ZO Uu ?? 通過(guò) fR 向 C 充電，使運(yùn)放反相輸入端3 單元信號(hào)發(fā)生器的基本原理 7 電壓 CN uu ? 由零逐漸上升。 ： 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 R C 振 蕩 電 路I C L 8 0 3 8 集 成 函 數(shù)信 號(hào) 發(fā) 生 器功 率 放 大 電 路直 流 電 源各 種 波 形 : 8038 集成函數(shù)發(fā)生器是一種多用途的波形發(fā)生器，可以用來(lái)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和鋸齒波，其振蕩頻率可通過(guò)外加的直流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以是壓控集成信號(hào)產(chǎn)生器。而且外形尺寸與價(jià)格都比過(guò)去的類似產(chǎn)品減少了一半。信號(hào)源主要給被測(cè)電路提供所需要的已知信號(hào)（各種波形），然后用其它儀表測(cè)量感興趣的參數(shù)。 傳統(tǒng)的波形發(fā)生器通常由晶體管、運(yùn)放 IC等分離元件制成 ；也可以 硬件電路搭接而成，如采用 555振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路 徑之一，不用依靠單片機(jī)。 本次設(shè)計(jì)是以 ICL8038 集成塊為核心器件，制作一種函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。因此，高精度，寬調(diào)幅，低價(jià)格將成為信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展趨勢(shì)。非正弦波發(fā)生器又包括方波、三角波、鋸齒波等。利用信號(hào)的產(chǎn)生進(jìn)行儀器的控制已經(jīng)是自動(dòng)控制中的一個(gè)重要手段，那么一個(gè)幅度、頻率、占空比以及波形可調(diào)的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)和完成更具有使用價(jià)值。 （ 2）隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，臺(tái)式儀器在走了一段下坡路之后，又在繁榮起來(lái)。而這是電路所不希望的。此時(shí) ZO Uu ? 通過(guò) 1R 向 C 充電，使運(yùn)放反相輸入電壓 CN uu ?由零逐漸上升。 圖 三角波電 路原理圖 根據(jù)上圖可以看出在 t=0 時(shí)，比較器 1A 輸出電壓為高電平，電容兩端的電壓為零，即 1pu 略低于 ZO Uu ?)0(1 ， 0)0( ?Cu ，則積分電路輸出電壓 0)0()0( ??? CO uu 。 （ 4）濾波后的直流電壓，再通過(guò)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載 RL。 t?0 ? ?2 ?3 ?422Ut?0 ? ?2 ?3 ?4ou22U圖 圖 輸出波形圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 管腳 圖 輸出電壓表達(dá)式為 : ?????? ?? RRPUo () 式中， 是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓 REFV ，此電壓加于給定電阻 1R 兩端，將產(chǎn)生一個(gè)恒定電流通過(guò)輸出電壓調(diào)節(jié)電位器 1RP ， 電阻 1R 常取 ?? 240~120 ，1RP 一般使用精密電位器，與其并聯(lián)的電容器 C 可進(jìn)一步減小輸出電壓的紋波。按： Ri ?? R ?? R0 的關(guān)系選擇 R 的值。 R2=Rf ?（ R5//rd） ? Rf ? 5 ? 63k? ? k? = 62k? 為了達(dá)到最佳效果 , R2可用 30k?電阻和 50 k?的電位器串聯(lián)（即 R2=R4+Rw）。 ① 、 OTL 電路的主要性能指標(biāo) ： 最大不失真輸出功率 P0m 理想情況下，L2CCom RU81P ?，在實(shí)驗(yàn)中可通過(guò)測(cè)量 RL 兩端的電壓有效值，來(lái)得實(shí)際 。芯片內(nèi)部包括兩個(gè)恒流源 ， 兩個(gè)電壓比較器，兩個(gè)緩沖器，正弦波變換器，模擬開(kāi)關(guān)， RS 觸發(fā)器。在圖 52 中， ICL8038由恒流源 I I2，電壓比較器 C C2和觸發(fā)器等組成。因此，對(duì)兩個(gè)恒流源在 I和 2I 電流不對(duì)稱的情 況下，可以循環(huán)調(diào)節(jié)，從最小到最大，任意選擇調(diào)整，所以，只要調(diào)節(jié)電容器充放電時(shí)間不相等，就可獲得鋸齒波等函數(shù)信號(hào)?？捎脝坞娫垂╇姡部呻p電源供電，他們的值為 177。 b. 當(dāng) R1≠ R2 時(shí) ，矩形波不再是方波，管腳 2 不再是正弦波。 在此，我還要感謝在一起愉快的度過(guò) 四 年 生活的各位同 學(xué) ，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。老師多次詢問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。為定時(shí)電容，也影響振蕩頻率。一直到 Uc 下降到 1／ 3 VEE，使電壓比較器 Ⅱ 的輸出電壓躍變?yōu)榈碗娖剑?Q才變?yōu)榈碗娖剑?Q’ 同時(shí)為高電平），使得電子開(kāi)關(guān) S 斷開(kāi)，電容 C 又開(kāi)始充電。恒流源2的工作狀態(tài)是由恒流源 1對(duì)電容器 C連續(xù)充電，增加電容電壓，從而改變比較器的輸入電平，比較器的狀態(tài)改變，帶動(dòng)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)來(lái)連續(xù)控制的。 針對(duì)以上電路失真無(wú)法調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)，我們改進(jìn)方案，實(shí)現(xiàn)正弦波正負(fù)失真的可調(diào)。正弦波失真度＜ 5%，經(jīng)過(guò)仔細(xì)調(diào)整后，失真度還可降低到 %。 T1 管工作于甲類狀態(tài)，它的集電極電流 IC1 由電位器 RW1 進(jìn)行調(diào)節(jié)。 穩(wěn)幅二極管 D D2 應(yīng)選用溫度穩(wěn)定性較高的硅管。 3． 選擇運(yùn)算放大器 4． 調(diào)試電路，使該電路滿足 指標(biāo)要 求 。 因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào)，所以選擇三端可 調(diào)式集成穩(wěn)壓器。 正弦波發(fā)生器 ： 又稱文氏電橋振蕩器，如圖 131所示，其中 A放大器由同相運(yùn)放電路組成，圖 342，因此， )1(12RRVVAdov ??? 圖 正弦波電路原理圖 121314DR2R1VdVo+ 圖 F 網(wǎng)絡(luò)由 RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成，由于運(yùn)放的輸入阻抗 Ri 很大，輸出阻抗 Ro 很小，其對(duì) F 網(wǎng)絡(luò)的影響可以忽略不計(jì)，從圖 343 有 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 RCjRCjRRCjRVVFofv?????????111 )1(3)1)(1( 2 CCRjRRRCjRRCjR???? ??????? () 由自激振蕩條件： T=AF=1 有 1)1(3 2 ???? CCRjRRAFA vvv?? 所以上式分母中的虛部必須為零，即 012 ??CCR ?? RC10 ?? ?振蕩頻率 () 上式的實(shí)部為 1，即 13 ??RRAv 3?? vA起振條件 () 對(duì)圖 342 同相運(yùn)放， 121 RRAv ?? 須滿足 12 2RR ? () 以上分析表明： ① 文氏電橋振蕩器的振蕩頻率 RC10??，由具有選頻特性的 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)決定。圖中的運(yùn)算放大器 1A組成方波信號(hào)發(fā)生器， 2A 組成 RC 積分電路。電路形式可以采用由運(yùn)放及分離元件構(gòu)成；也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。2 設(shè)計(jì)方案選擇 4 第二 章 設(shè)計(jì) 方案選擇 方案一 由文氏電橋產(chǎn)生正弦振蕩，然后通過(guò)比較器得到方波，方波積分可得三角波 。 近幾年