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方波-三角波-正弦波函数发生器设计

减小字体 增大字体 作者:佚名  来源:本站整理  发布时间:2010-05-17 23:55:00
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在电子工程、测量仪器、自动控制、无线电通信和遥控等技术领域中,需要用到各种各样的波形发生器。其中,方波、三角波、正弦波函数发生器最为常用也最为普遍。函数信号发生器为电路系统提供最基本的信号源,是电路系统的核心。电路由比较器产生方波、积分器产生三角波、再由差分放大器产生正弦波,每个模块电路之间要有耦合电容来连接,最后由闭环电路反馈级联而成。设计制作完成后,电路能够自激产生以上三种波形,频率、幅度大小都通过可调电位器实现人工调节.与现有的各种类型函数发生器比较而言,产生的信号输出稳定,可靠性高,而且电路搭建简单,特别是操作简单方便、成本低。

 

关键词:函数信号发生器  积分器  差分放大器  闭环电路

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abstract

 

It’s no secret that today’s shock circuit system, such as electronic engineering, instrument measure, automatism control, wireless communication and remote control technology field, cannot operate without function signal generator. Thereinto, pulse wave, triangle wave and digital sine wave are the most prevalent and universal in all stripes of our practicality engineering technology. Function signal generator can support the most basal signal source and is increasingly becoming the core of practicality technology engineering. This model shock circuit system is made up of ideality operation amplifier which can generate pulse wave, integrator which can generate triangle wave, and difference amplifier which can generate digital sine wave. After completion of design and facture, this model generator can self-excitation generate three waves above involved, meanwhile the frequency and the voltage scope of the three waves can carry out manual work. Compared with all kinds of present types function generators this model generator generate digital signals steady output, high reliability and simply design and make. Moreover, convenient operate and low-cost.

 

Keywords: function signal generator, integratordifference amplifier, closed loop circuit

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

1 概述... 1

2 技术指标... 1

3 方案设计与论证... 1

4 系统电路设计... 3

4.1 函数发生器组成框图... 3

4.2 元器件型号选用... 4

4.3 电路形式... 4

4.4 差分放大器... 4

4.5 运算放大器... 6

4.6 三端集成稳压器... 7

5 模块电路设计... 8

5.1方波→三角波电路... 8

5.1.1 方波→三角波电路原理... 8

5.1.2 方波→三角波电路参数分析... 9

5.2 三角波→正弦波电路... 10

5.2.1 三角波→正弦波变换原理... 10

5.2.2 三角波→正弦波原理参数分析... 11

6 总体电路原理方框图... 12

6.1 波形产生电路原理... 12

6.2直流稳压电源电路原理... 14

7 电路安装与调试... 15

7.1 方波→三角波电路的装调... 16

7.2 三角波→正弦波电路的装调... 16

7.3 仿真效果... 17

8 波形误差分析... 17

9 系统评估... 17

10 结论... 18

参考文献... 19

附录一:总体电路图... 21

附录二:仿真效果图... 22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


1 概述

函数信号发生器是工业生产、产品开发、科学研究等领域必备的工具,它产生的锯齿波和正弦波、矩形波、三角波是常用的基本测试信号。在示波器、电视机等仪器中,为了使电子按照一定规律运动,以利用荧光屏显示图像,常用到锯齿波信号产生器作为时基电路。例如,要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形,要求在水平偏转线圈上加随时间线性变化的电压——锯齿波电压,使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。对于三角波,方波同样有重要的作用,而函数信号发生器是指一般能自动产生方波,正弦波,三角波以及锯齿波阶梯波等电压波形的电路或仪器。因此,建议开发一种能产生方波、正弦波、三角波的函数信号发生器。

在电子工程、测量仪器、自动控制、无线电通信和遥控等技术领域中,需要用到各种各样的波形发生器。随着集成电路迅速发展,用集成电路可很方便的地构成各种信号发生器。但最常用的波形产生电路是正弦波发生器和脉冲波发生器两大类,并且经过适当的波形变换后,可以得到多种不同波形输出。在这种情况下,我们研制一种简易的实用信号源。它主要由集成运算放大器[2]与晶体管差分放大器组成。设计完成后,可以连续调整可调电位器的阻值大小后来改变三角波和正弦波的频率,还可以调整脉冲信号的占空比[4]。它方便实用,易操作上手。

2 技术指标

1.设计制作一个频率范围为20HZ1KHZ连续可调整的波形变换信号源。

2.信号输出电压范围:方波VP-P=12V,脉冲信号的占空比为2%-98%,三角波VP-P=4V左右,幅度大概是2V。正弦波VP-P大于3V左右.幅度大概是1.5V.

3.正弦信号频率稳定度优于 ,非线性失真系数 3%。脉冲信号上升时间和下降时间 1us,平顶斜降 5%

4.设计制合适的电路电源(输出正负电压12V)。

3 方案设计与论证

方案一:

本设计采用由集成运算放大器和晶体管差分放大器组成的函数发生器[8]。本方案采用比较器来制作方波,然后通过积分器产生标准三角波再反馈给比较器做基准电压比较,而后用差分对管的饱和与截止特性继续进行波形变换,最后进行调试验证检测。本设计原理简单、易于接受,而且全是电路基本知识,但是制作比较艰难,可调节电位器的阻值大小来调节波形的频率和电压的,基本满足要求。在步进调节时可根据示波器的读数来谨慎操作。其实本设计电路简单,价格便宜,成本较低,但是精度不易于调试

 

方案二:

本设计方案采用功能很强的多波形宽频率范围信号发生器MAX03851单片机和两个DAC0832数摸转化器等器件产生波形和频率,控制与管理电路部分以及键盘显示部分使用51单片机。MAX038是一个精密高频波形产生器[11]。它能产生频率高达20MHz的正弦波、三角波、方波等脉冲信号,在这个电路中,控制电压(电流)由一个12位的DAC产生。另外MAX038还包括占空比调整电路、波形同步电路、相位检测电路、波形切换开关和电压基准源等电路。51单片机及外围电路组成主要用于对键盘输入的波形和频率选择等数据进行译码,计算出相应的控制参数,控制输出正确的信号,并将其频率和波形参数用LED显示出来。

方案三:

本方案直接采用凌阳SPCE061A单片机[10]作为波形发生器。波形的具体产生是通过一路DAC来产生,用它实现的好处在于,外围电路极其简单,另外在DAC的编程方面又提供及其便利的编程环境。外围电路的设计包括三大部分,第一是键盘控制部分,这里采用8个按键,由IOA的低八位进行控制,8个按键分别接在IOA0-IOA7上。第二是显示电路的设计部分,这里有两种方案:第一种采用LCD实时显示,第二种采用LED显示。本设计采用第二种方案,因为这种方案电路简单,价格便宜。第三是滤波和电压转换电路的设计,滤波采用二阶低通滤波器[3],滤除DAC转换过程中形成的高频小锯齿波。另外由于凌阳SPCE061A单片机DACI1千欧姆电阻进行电流信号到电压信号的转换。本设计的特点是全面采用数字电路方案,因而工作稳定可靠。利用单片机控制管理,使频率设置和占空比调整等操作可用键盘输入,十分方便。

方案论证:

第一种方案的设计可以很好地选择所需要频率信号


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作者:佚名

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