1、 遼 寧 工 業(yè) 大 學 課 程 設 計（論文）摘 要信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產(chǎn)實踐和科技領域中有著廣泛的應用。在電子技術應用領域，函數(shù)信號發(fā)生器的主要用途是在電子電路測量或調(diào)試時做信號源，本課題要求設計輸出標準方波波形的函數(shù)信號發(fā)生器，要完成此方案的方法有許多，可通過遲滯比較器和RC積分電路或集成運算放大器來實現(xiàn)方波信號的產(chǎn)生，其中由集成運算放大器構(gòu)成的方波信號發(fā)生器具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便的優(yōu)點，本文主要對標準方波波形信號發(fā)生器電路作深入分析。設計中多用到模擬電子基礎技術中的知識，以充分復習和應用自己已經(jīng)學過的知識。關鍵詞：直流穩(wěn)壓電源標準信號發(fā)生器 方波波形目 錄摘 要- 1 -

2、第一章 緒 論- 3 -第二章 標準信號發(fā)生器電路設計方案論證- 4 -2.1標準信號發(fā)生器電路的應用意義- 4 -2.2設計任務、要求及功能要求- 4 -2.3設計方案論證- 5 -2.4總體設計方案框圖及分析- 6 -第三章 標準信號發(fā)生器各單元電路設計- 8 -3.1遲滯比較器和RC方波產(chǎn)生電路- 8 -3.2變壓、整流電路（包括交流轉(zhuǎn)換為直流）- 8 -3.3濾波電路- 9 -3.4穩(wěn)壓電路- 9 -第四章 標準信號發(fā)生器整體電路設計- 11 -4.1遲滯比較和RC反饋網(wǎng)絡整體電路圖及其工作原理- 11 -4.2 直流穩(wěn)壓電源整體電路圖及工作原理- 13 -第五章 標準信號發(fā)生器電路的

3、參數(shù)分析- 15 -5.1標準信號發(fā)生器- 15 -5.2直流穩(wěn)壓電源- 15 -第六章 整體電路圖及分析- 17 -6.1整體電路如圖- 17 -第七章 課程設計總結(jié)- 18 -參考文獻- 19 -附錄一- 20 -元器件清單- 20 -附錄二- 21 -整體電路圖- 21 -第一章緒 論在現(xiàn)在社會里，人們的生活通過科技的創(chuàng)新而改變。而其中，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代的速度也愈來愈快?？梢哉f，電子產(chǎn)品改變?nèi)祟惖纳?。雖然，絕大部分電子類產(chǎn)品的原理是復雜的，但是，其基本的原理都是一樣的，他們都是對信號進行采集、分析和處理，從而做出相應的處理?？梢姡盘栙|(zhì)量的好壞，很大程度上可以決定一個電子產(chǎn)品是否符合

4、人的需求。就目前來說，在信號波形的產(chǎn)生與分解這一部分，國內(nèi)外的技術已日趨成熟，而我通過本文，一方面來淺析一下該部分的工作原理，另一方面也通過課程設計來鞏固自己所學知識，為以后的工作和學習做好鋪墊。本文主要深入討論標準信號發(fā)生器電路及其工作所需直流穩(wěn)壓電源。進一步復習模擬電子技術基礎的知識，為實踐工作做準備。第二章標準信號發(fā)生器電路設計方案論證2.1標準信號發(fā)生器電路的應用意義電源和信號發(fā)生器是電子電路和電子系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。通過本次設計，可了解直流穩(wěn)壓電源的工作原理，學習用集成運算放大器構(gòu)成方波發(fā)生器的設計方法和調(diào)試方法，并觀測方波發(fā)生器的波形、幅度和頻率，進一步熟悉波形變換電路的

5、工作原理及參數(shù)計算和調(diào)試方法。學習基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握模擬電路設計的基本方法、設計步驟，培養(yǎng)綜合設計與調(diào)試能力。信號發(fā)生器也稱信號源，是用來產(chǎn)生振蕩信號的一種儀器，為使用者提供需要的穩(wěn)定、可信的參考信號，并且信號的特征參數(shù)完全可控。所謂可控信號特征，主要是指輸出信號的頻率、幅度、波形、占空比、調(diào)制形式等參數(shù)都可以人為地控制設定。隨著科技的發(fā)展，實際應用到的信號形式越來越多，越來越復雜，頻率也越來越高，所以信號發(fā)生器的種類也越來越多，同時信號發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)形式也不斷向著智能化、軟件化、可編程化發(fā)展。2.2設計任務、要求及功能要求設計任務：波形的產(chǎn)生及變換電路是應用極為廣泛的

6、電子電路，現(xiàn)設計并制作能產(chǎn)生標準方波波形信號輸出的函數(shù)發(fā)生器。設計電路所需的直流穩(wěn)壓電源。功能要求：輸出的各種波形工作頻率范圍1.5kHz。方波幅值5V，2V，1V（峰-峰值）。設計要求：分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。設計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設計。組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各

7、電路，并標出必要的說明。2.3設計方案論證標準信號發(fā)生器根據(jù)設計要求，我提出以下兩種方案方案一：用正弦波振蕩器產(chǎn)生正弦波輸出，正弦波信號通過變換電路得方波輸出。文氏橋振蕩器（RC串-并聯(lián)正弦波振蕩器）產(chǎn)生正弦波輸出，其主要特點是采用RC串-并聯(lián)網(wǎng)絡作為選頻和反饋網(wǎng)絡，振蕩頻率為，改變RC的數(shù)值，可以得到不同頻率的信號輸出，為了使輸出電壓穩(wěn)定，需采取穩(wěn)幅措施。用集成運放構(gòu)成電壓比較器，將正弦波信號轉(zhuǎn)化為方波信號輸出。方案二：使用遲滯電壓比較器加一個RC充放電回路構(gòu)成的負反饋網(wǎng)絡作為簡單的方波信號發(fā)生器。線路簡單，輸出信號穩(wěn)定，比較合適于方波產(chǎn)生信號。結(jié)論：方案二比起方案一來結(jié)構(gòu)更加簡單明了，元器

8、件使用少，構(gòu)成成本比較低，制作起來簡單方便。所以本文決定采用方案二來完成課程設計。直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源一般由電壓變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路等組成，是電子電路和電子系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，集成穩(wěn)壓器在電源設備中得到廣泛應用。結(jié)論：為了符合設計要求并考慮實際能力，本文采用串聯(lián)式反饋穩(wěn)壓電源2.4總體設計方案框圖及分析標準信號發(fā)生器框圖與分析分析：方波產(chǎn)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生方波或矩形波的非正弦信號發(fā)生電路。由于方波或矩形波包含極其豐富的諧波，因此，這種電路又稱為多諧振蕩電路。它在遲滯比較器的基礎上，增加了一個由、組成的積分電路，把輸出電壓經(jīng)過、反饋到比較器的反相端。遲滯比較器RC反

9、饋網(wǎng)絡反饋圖2.1信號發(fā)生器框圖直流穩(wěn)壓電源框圖與分析分析：本電路將220V，50Hz的交流電壓通過變壓器變成使用的電壓在經(jīng)過整流電路得到單向電壓、經(jīng)過濾波電路得到相應頻率的電壓，最后經(jīng)過穩(wěn)壓電路得到所需電壓。變壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路圖2.2直流穩(wěn)壓電源框圖綜合總體框圖圖2.3綜合總體框圖第三章標準信號發(fā)生器各單元電路設計3.1遲滯比較器和RC方波產(chǎn)生電路由運算放大器和組成的遲滯比較器與反饋電路組成方波發(fā)生器電路如圖3.1所示。在遲滯比較器翻轉(zhuǎn)之前，為一常數(shù)（設）。通過對對充電，由逐漸上升，隨著的增大，兩端的電壓逐漸下降，充電電流也將不斷減小，使上升速度減慢。圖3.1 遲滯比較器和RC

10、反饋網(wǎng)絡電路圖由此可計算出振蕩周期(3.1.1)3.2變壓、整流電路（包括交流轉(zhuǎn)換為直流）本電路的目的在于從220V、50Hz的交流電壓中得到直流電壓。當輸入為220V交流電壓時候，首先通過變壓器降為25V左右的交流電壓。整流部分選用了全波橋式整流電路，輸出為32V的直流電壓，電路圖如圖3.2所示。Vo圖3.2變壓、整流電路3.3濾波電路濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一半由電抗原件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容或于負載串聯(lián)電感，以及電容、電感組合而成的各種復式濾波電路。特點是導電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦。電路圖如圖3.3所示，本部分采用電感濾波。圖3.3 濾波電路3.4穩(wěn)

11、壓電路圖3.4是串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路中的一般構(gòu)圖，途中是整流電路的輸出電壓，為調(diào)整管,為比較器放大電路， 為基準電壓，它是由穩(wěn)壓管與限流電阻串聯(lián)所構(gòu)成的簡單穩(wěn)壓電路而獲得，與組成反饋網(wǎng)絡，是用來反映輸出電壓變換的取樣環(huán)節(jié)。圖3.4穩(wěn)壓電路第四章標準信號發(fā)生器整體電路設計4.1遲滯比較和RC反饋網(wǎng)絡整體電路圖及其工作原理方波發(fā)生器整體電路圖如圖4.1所示，遲滯比較器和RC反饋網(wǎng)絡組成方波信號發(fā)生器。該電路的振蕩頻率為：(4.1.1)方波的輸出幅值為：= （4.1.2）把遲滯比較器和RC反饋網(wǎng)絡首尾相連形成正反饋閉環(huán)系統(tǒng)，如圖4.1。遲滯比較器的方波經(jīng)過RC反饋網(wǎng)絡可得三角波，三角波又出發(fā)比較器自動

12、翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為方波，這樣就構(gòu)成了方波發(fā)生器。圖4.1 方波發(fā)生器整體電路工作原理在遲滯比較器的基礎上增加一個由、組成得到積分電路，把輸出電壓經(jīng)過、反饋到比較器的反相端。在比較器的輸出端引入限流電阻和兩個背靠背的雙向穩(wěn)壓管就組成了一個如圖4.1所示的雙向限幅方波發(fā)生電路。電路的正反饋系數(shù)F為： （4.1.3）在接通電源的瞬間，輸出電壓究竟是偏于正向飽和還是負向飽和，那純屬偶然。設輸出電壓偏于正飽和值，即時，加到電壓比較器同相端的電壓為，而加于反相端的電壓，由于電容器C上的電壓不能突變，只能有輸出電壓通過電阻按指數(shù)規(guī)律向C來充電建立，充電電流為。顯然，當加到反相端的電壓略正于時，輸出電壓便立即從正飽和值

13、（）迅速翻轉(zhuǎn)到負飽和值（），又通過對對進行反向充電，充電電流為。直到略負于值時，輸出狀態(tài)再翻轉(zhuǎn)回來。如此循環(huán)不已，新城一系列的方波輸出。圖4.2畫出了在一個方波的典型周期內(nèi)，輸出端及電容器上的電壓波形。設時，則的時間內(nèi)，電容上的電壓將以指數(shù)規(guī)律由向方向變化，電容端電壓隨時間變化規(guī)律為圖4.2電壓波形（4.1.4）設T為方波的周期，當時，,代入上式可得（4.1.5）對T求解，可得（4.1.6）如適當選取和的值，可使F=0.462，則振蕩周期可簡化為，或振蕩頻率為（4.1.7）在低頻范圍（如10Hz到10kHz）內(nèi)，對于固定頻率來說，此電路尚可。當振蕩頻率較高時，為了獲得前后沿較陡的方波，以選擇轉(zhuǎn)

14、換速率較高的集成電壓比較器代替運放為宜。4.2 直流穩(wěn)壓電源整體電路圖及工作原理直流穩(wěn)壓電源整體電路圖圖4.3 直流穩(wěn)壓源整體電路工作原理電路如圖4.3所示，為電源變壓電路，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓變成整流電路要求的變流電壓，是要求直流供電的負載電阻，四只整流二極管接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。由于電抗原件在電路中游儲能作用，串聯(lián)電感在電源供給的電壓升高時，能把部分能量存儲起來，而當電源電壓降低時，就能把能量釋放出來，使負載電壓比較平滑、即電感具有平波的作用，當忽略電感的電阻時，負載上輸出的平均電壓和純電阻負載相同。電感濾波的特點是整流管的導電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦。缺

15、點是由于鐵心的存在、體積大、笨重，易引起電磁干擾，一半只適用于低電壓 大電流場合。如果想進一步減小負載電壓中的紋波，電感后面再接一個電容來構(gòu)成。如圖3.4這種穩(wěn)壓電路的主要賄賂是起調(diào)整作用的與負載串聯(lián)，故稱為串聯(lián)式穩(wěn)壓電路。輸出電壓的變化量由反饋網(wǎng)絡取樣經(jīng)放大電路（）放大后去控制調(diào)整管的極間電壓降，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。穩(wěn)壓源里可簡述如下：輸入電壓增加時，輸出電壓增加，隨之反饋電壓也增加。與基準電壓相比較，其差值電壓經(jīng)常比較放大電路放大后使和減小，調(diào)整管的極間電壓增大，使下降，從而維持基本恒定。同理，當輸入電壓減小（或負載電流增加）時，也將使輸出電壓基本保持不變。從反饋放大電路的角度來看

16、，這種電路屬于淡雅串聯(lián)負反饋電路。調(diào)整管連接成電壓跟隨器。因而可得或式中是比較放大電路的電壓增益，是考慮了所帶負載的英雄，與開環(huán)增益不同。在深度負反饋條件下，時，可得，表明，輸出電壓與基準電壓近似成正比，與負反饋系數(shù)成反比。當及已定時，也就確定了，因此它是設計穩(wěn)壓電路的基本關系式。第五章標準信號發(fā)生器電路的參數(shù)分析5.1標準信號發(fā)生器集成運算放大器的選擇在方波發(fā)生器電路中，用于電壓比較器的集成運算放大器，其轉(zhuǎn)換速率應滿足方波頻率的要求。當方波頻率較高（幾十千赫茲以上）或?qū)Ψ讲ㄇ?、后沿要求較高時，應選用高速集成運算放大器來組成滯回比較器。穩(wěn)壓管的選擇穩(wěn)壓管的作用是限制和確定方波的幅值，此外方波振

17、幅和寬度的對稱性也與穩(wěn)壓管的對稱性有關，為了得到穩(wěn)定而又對稱的方波輸出，通常都選用高精度雙穩(wěn)壓二極管，如2DW7.R。是穩(wěn)壓管的限流電阻,其值根據(jù)所用穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電流來確定。穩(wěn)壓管的電壓。分壓器電阻和的確定和的主要作用是提供一個隨輸出方波電壓而變化的基準電壓,并決定方波的幅值。所以和的阻值應根據(jù)方波的峰值要求來確定。例如,已知,若要方波的峰值為2.5V、1V、0.5V;125、50、25;。如果要求幅值可調(diào),則應選用電位器。、值的確定、的值可根據(jù)方波的振蕩頻率來確定。當、的值確定后，先選定的值，再確定的值，一般積分電容不宜超過。取；0-1900k。5.2直流穩(wěn)壓電源整流濾波電路當電網(wǎng)電壓最低為

18、176（衰減20%）時，必須保證，又為保證整管工作于放大區(qū)，取,此時變壓器次級電壓有效值，變壓器匝數(shù)比,可采用12：1的變壓器，使。流過整流二極管的電流。=58.4對于濾波電感，為使紋波足夠小，、，包括變壓器副線組的直流電阻和二極管的正向電阻。所以一般很小。，空載電容上最大電壓為，取幾十到幾百，所以。采樣電阻計算調(diào)整管參數(shù)計算，要求的設推動管的，則,。整流二極管的選擇二極管的容量可按流過的平均電流和承受的最大反向電壓來選擇，并注意留余量，在橋式整流、電感濾波電路中每只二極管可按照,來選擇。第六章整體電路圖及分析6.1整體電路如圖結(jié)論：波形的產(chǎn)生及變換電路是應用極為廣泛的電子電路，本文所設計的是能產(chǎn)生標準方波波形信號輸出的函數(shù)發(fā)生器。波形工作頻率范圍1.5kHz以下連續(xù)可調(diào)，方波幅值5、2、1V（峰值）連續(xù)可調(diào)。本電路的功能是將電網(wǎng)電壓作輸入信號，經(jīng)過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓產(chǎn)生直流的12V穩(wěn)壓電源。圖6.1 整體電路圖第七章 課程設計總結(jié)本次