通信工程畢業(yè)設(shè)計-多種波形發(fā)生器的設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 成方波輸出。 的特 點 : ⑴ 線性良好、穩(wěn)定性好； ⑵ 頻率易調(diào)，在幾個數(shù)量級的頻帶范圍內(nèi)，可以方便地連續(xù)地改變頻率，而且頻率改變時，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(chǎn)生穩(wěn)定的波形； ⑷ 三角波和方波在半周期內(nèi)是時間的線性函數(shù)，易于變換其他波形。 綜合上述分析， 通過比較兩種方案 ,我 采用了第二種方案來產(chǎn)生信號。3 單元信號發(fā)生器的基本原理 6 第三章 單元信號發(fā) 生器的 基本原理 函數(shù)發(fā)生器的組成 函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的電壓波形的電路或者儀器。電路形式可以采用由運放及分離元件構(gòu)成；也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，本課題介紹方波、三角波、正弦波函數(shù)發(fā)生器的方法。 函數(shù)信號發(fā) 生器是是由基礎(chǔ)的非正弦信號發(fā)生電路和正弦波形發(fā)生電路組合而成。 下 面我們將分別對各個波形的發(fā)生進行分析，從而達到在合成電路時使電路更加合理。 方波發(fā)生器： 如圖 321 用運算放大器滯回比較器和 fR 、 C積分電路組成的，輸出電壓經(jīng) fR 、 C反饋到運放的反相輸出端，因此積分電路起延遲和負反饋作用。 圖 方波發(fā)生器電路原理圖 參看圖 321 所示電路，設(shè)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 ??。此時 ZO Uu ? 通過 1R 向 C 充電，使運放反相輸入電壓 CN uu ?由零逐漸上升。在 PN uu ? 以前， ZO Uu ? 保持不變。在 1tt? 時刻， Nu 上升到略高于 Pu ，Ou 由高電平跳到低電平，即變?yōu)?ZU? 。 ZO Uu ?? 時， ZP FUu ?? ，同時 ZO Uu ?? 通過 fR 向 C 充電，使運放反相輸入端3 單元信號發(fā)生器的基本原理 7 電壓 CN uu ? 由零逐漸上升。在 PN uu ? 以前， ZO Uu ?? 保持不變。在 2tt? 時刻， Nu下降 到略低于 Pu ， Ou 由低電平跳到高電平，即變?yōu)?ZU ，又回到原始狀態(tài)。如此周而復(fù)始，循環(huán)不已，因此產(chǎn)生振蕩，輸出方波。 根據(jù)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(guī)律是簡單 RC 電路充放電規(guī)律，其常數(shù)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。其振蕩周期為 )21l n(21213 RRCRttT f ???? () 若選取適當(dāng)?shù)?1R 、 2R 值，使 )( 212 ??? RRRF ，則 CRT f2? ，于是振蕩頻率為： 三角波發(fā)生器： 根據(jù) RC 積分電路輸入和輸出信號波形的關(guān)系可知，當(dāng) RC 積分電路的輸入信號為方CRTf f2 110 ??西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 波時，輸出信號就是三角波，由此可得，利用方波信號發(fā)生器和 RC 積分電路就可以組成三角波信號發(fā)生器。三角波信號發(fā)生器的電路組成如圖 323 所示。圖中的運算放大器 1A組成方波信號發(fā)生器， 2A 組成 RC 積分電路。該電路的工作原理是：方波信號發(fā)生器輸出的方波。圖中 1A 等還可構(gòu)成同相滯回比較器， 2A 和 4R 、 C 等組成反相積分電路。信號輸入積分電路，在積分電路的輸出端得到三角波信號。積分電路的輸出端除了輸出三角波信號 外，并通過電阻 R1 將三角波信號反饋到滯回電壓比較器的輸入端，將三角波信號整形變換成方波信號輸出。該電路的工作波形圖如圖 333所示。 圖 三角波電 路原理圖 根據(jù)上圖可以看出在 t=0 時，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 。此時電容被充電，顯然 于是 Ou 線性下降， 1Pu 也下降，直到 1tt? 時， 1Pu 略低于 )0( 11 ?NN uu ，即 1pu 略低于零時，1Ou 從 ZU 突跳到 ZU? ，同時 1Pu 也跳變到更低的值（比零低的多）。可見，在 1tt? 前的一瞬間， 01?Pu ， ZO Uu ?1 ，而從流過 1R 和 2R 的電流相等，則 211 )( RURtu ZO ?? ， 故 1tt? 后，由于 ZO Uu ??1 ，故電容放電，其兩端電壓 因 tCRUdUCRtu Zt tZO 4041 1)( ???? ?? ????? t ZCZC ttCRUtudtUCRu 0 1414 )()()(1ZOC URRtutu 2111 )()( ??ZO URRtu 211 )( ??西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 故 于是 Ou 線性上升， 1Pu 也上升。直到 2tt? 時， 1Pu 略大于零， 1Ou 從 ZU? 突 跳到 ZU 。可見，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(fù)始，循環(huán)不以，形成振蕩。 則根據(jù)分析可以畫出 1Ou 和 Ou 的波形，如圖 334 所示。 圖 其中 1Ou 為方波 ， Ou 為三角波。 Ou 之所以為三角波，是由于電容充放電的時間常數(shù)相等，積分電路輸出電壓 Ou 上升和下降的幅度和時間相等，上升和下降的斜率的絕對值也相等。顯然，三角波 Ou 峰值為： Zom URRU 12? () 下面求振蕩周期。由于 212 Ttt ?? ，而當(dāng) 21 ttt ?? 時，有 )( 1421 ttCRUURRu ZZO ???? 則 ZZZO URRttCRUURRtu 12124212 )()( ????? )( 1421 ttCRUURRuu ZZCO ??????ZO URRtu 21)( ?西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 故 24112 4)(2 R CRRttT ??? () 則可以在調(diào)整三角波電路時，應(yīng)先調(diào)整 1R 或 2R ,使其峰值達到所需要的值，然后再調(diào)整 4R 或 C，使頻率 Tf 10 ? 能滿足要求。 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，由于運放的輸入阻抗 Ri 很大，輸出阻抗 Ro 很小，其對 F 網(wǎng)絡(luò)的影響可以忽略不計，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（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 () 上式的實部為 1，即 13 ??RRAv 3?? vA起振條件 () 對圖 342 同相運放， 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。 ② 圖 中 文氏電橋振蕩 器的起振條件為 3?vA ，即要求放大器的電壓增益大于等于 3，略大于 3 的原因是由于電路中的各種損耗，致使幅度下降而給予補償。但 A 比 3 大得多了會導(dǎo)致輸出正弦波形變差。 CCRRVoVo++VfVf 圖 4 單元電路的設(shè)計 12 第四章 單元電路的設(shè) 計 直流穩(wěn)壓電源 穩(wěn)壓電源設(shè)計思路 （ 1）電網(wǎng)供電電壓交流 220V(有效值 )50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。 （ 2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向 直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。 （ 3）脈動大的直流電壓須經(jīng)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。 （ 4）濾波后的直流電壓，再通過穩(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，供給負載 RL。 . 直流穩(wěn)壓電源原理 直流穩(wěn)壓電源是一種將 220V 工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，見圖 41 圖 直流穩(wěn)壓電源方框圖 其中： （ 1）電源變壓器：是 降壓變壓器，它將電網(wǎng) 220V 交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 （ 2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?50Hz 的正弦交流電變換成脈動的直流電 。 （ 3）濾波電路： 為了減小電壓的脈動 ,可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分通過低通濾波器 加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。 （ 4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化 ,從而獲得足夠高的穩(wěn)定性 。T 工 頻交流 脈動直流 直 流整流濾波穩(wěn)壓負載西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖 3所示。 在 u2 的正半周內(nèi)，二極管 D D2 導(dǎo)通， D D4 截止； u2 的負半周內(nèi)， D D4 導(dǎo)通， D D2 截止。正負半周內(nèi)部都有電流流過的負載電阻 RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖 4 所示。 圖 穩(wěn)壓電路原理圖 ① .根據(jù)設(shè)計所要求的性能指標(biāo)，選擇集成三端穩(wěn)壓器。 因為要求輸出電壓可調(diào)，所以選擇三端可 調(diào)式集成穩(wěn)壓器。 可調(diào)式集成穩(wěn)壓器，常見的 主要有 CW31 CW33 LM31 LM337。 317 系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，337 系列穩(wěn)壓器輸出連可調(diào)的負電壓，可調(diào)范圍為 ~37V，最大輸出電流 maxOI 為 。穩(wěn)壓內(nèi)