畢業設計-基于icl8038的函數信號發生器設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ?? 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 )21ln(2 1 213 RRCRttT f ???? 若選取適當的 1R 、 2R 值，使 )( 212 ??? RRRF ，則 CRT f2? ，于是振蕩頻率為： 三角波發生器： 根據 RC 積分電路輸入和輸出信號波形的關系可知，當 RC 積分電路的輸入信號為方波時，輸出信號就是三角波，由此可得，利用方波信號發生器和 RC 積分電路就可以組成三角波信號發生器。三角波信號發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 信號發生器， 2A 組成 RC 積分電路。該電路的工作原理是：方波信號發生器輸出的方波。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。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CRTf f2 110 ?? 7 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 333 根據上圖可以看出在 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 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 ?? ， tCRUdUCRtu Zt tZO 4041 1)( ???? ?? ????? t ZCZC ttCRUtudtUCRu 0 1414 )()()(1ZOC URRtutu 2111 )()( ??)( 1421 ttCRUURRuu ZZCO ??????ZO URRtu 211 )( ?? 8 故 在 2tt? 以后電路周而復始，循環不以，形成振蕩。 則根據分析可以畫出 1Ou 和 Ou 的波形，如圖 334 所示。 圖 334 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 21 ttt ?? 時，有 )( 1421 ttCRUURRu ZZO ???? 則 ZZZO URRttCRUURRtu 12124212 )()( ????? 故 24112 4)(2 R CRRttT ??? 則可以在調整三角波電路時，應先調整 1R 或 2R ,使其峰值達到所需要的值，然后再調整 4R 或 C，使頻率 Tf 10 ? 能滿足要求。 ZO URRtu 21)( ? 9 正弦波發生器 ： 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 341 圖 342 F 網絡由 RC 串并聯網絡組成，由于運放的輸入阻抗 Ri 很大，輸出阻抗 Ro 很小，其對 F 網絡的影響可以忽略不計，從圖 343 有 RCjRCjRRCjRVVFofv?????????111 )1(3)1)(1( 2 CCRjRRRCjRRCjR???? ??????? 10 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 串聯網絡決定。 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 大得多了會導致輸出正弦波形變差。 圖 343 11 第四章 穩壓電源 直流穩壓電源設計思路 （ 1）電網供電電壓交流 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，再通過穩壓電路穩壓，便可得到基本不受外界影響的穩定直流電壓輸出，供給負載 RL。 直流穩壓電源原理 直流穩壓電源是一種將 220V 工頻交流電轉換成穩壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩壓四個環節才能完成，見圖 41 圖 41 直流穩壓電源方框圖 其中： （ 1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網 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：利用單向導 電元件，把 50Hz 的正弦交流電變換成脈動的直流電 （ 3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。 （ 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。 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，二極管 D D2 導通， D D4 截止； u2 的負半周內， D D4 導通， D D2 截止。正負半T 工 頻交流 脈動直流 直 流整流濾波穩壓負載 12 周內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。 在橋式整流電 路中，每個二極管都只在半個周期內導電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為 22U (U2是變壓器副邊電壓有效值 )。 在設計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將電容器和負載電容并聯或電容器與負載電阻串聯，以達到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓： Uo1=(～ )U2，直流輸出電流： （ I2是變壓器副邊電流的有效值 。），穩壓電路可選集成三端穩壓器電路。 總體原理電路見圖 44 圖 44 穩壓電路原理圖 設計方法簡介 根據設計所要求的性能指標，選擇集成三端穩壓器。 因為要求輸出電壓可調，所以選擇三端可調式集成穩壓器。 可調式集成穩壓器，常見t?0 ? ?2 ?3 ?422Ut?0 ? ?2 ?3 ?4ou22U圖 42整流電路 圖 43 輸 出波形圖 121 of II ?? ?2~ 21 IIo ? 13 的 主要有 CW31 CW33 LM31 LM337。 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 。穩壓內部含有過流、過 熱保護電路，具有安全可靠，性能優良、不易損壞、使用方便等優點。其電壓調整率和電流調整率均優于固定式集成穩壓構成的可調電壓穩壓電源。 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。 圖 45 管腳 圖 46典型電路 輸出電壓表達式為 : ?????? ?? RRPUo 式中， 是集成穩壓塊輸出端與調整端之間的固有參考電壓 REFV ，此電壓加 于給定電阻 1R 兩端，將產生一個恒定電流通過輸出電壓調節電位器 1RP ，電阻 1R 常取值?? 240~120 ， 1RP 一般使用精密電位器，與其并聯的電容器 C 可進一步減小輸出電壓的紋波。 圖中加入了二極管 D，用于防止輸出端短路時 10181。F 大電容放電倒灌入三端穩壓器而被損壞。 LM317 其特性參數： 輸出電壓可調范圍： ～ 37V 輸出負載電流： 輸入與輸出工作壓差Δ U=UiUo： 3～ 40V 能滿足設計要求 ,故選用 LM317 組成穩壓電路。 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 14 ∴ 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： VUUO 12 ?? 2）確定變壓器副邊電流 I2 ∵ Io1=Io 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= 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 濾波電路中濾波電容的選擇 濾波電容的大小可用式 求得。 1）求 Δ Ui: 根據穩壓電路的的穩壓系數的定義： 設計要求 Δ Uo≤ 15mV ， SV≤ Uo=+3V～ +9V Ui=14V 代入上式，則可求得 Δ Ui 2）濾波電容 C 設定 Io=Iomax=， t= 則可求得 C。 電路中濾波電容承受 的最高電壓為 VU 172 2 ? ，所以所選電容器的耐壓應大于17V。 ioUtIC ??iiooVUUUUS ??? 15 第五章 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。 RC 振蕩器的設計，可按以下幾個步驟進行 ： 1． 根據已知的指標，選擇電 路形式。 2． 計算和確定電路中的元件