标准信号发生器电路.docx

标准信号发生器电子技术基础课程设计（论文）题目： 标准信号发生器电路 院（系）：电气工程学院专业班级： 自动化093 学 号： 090302090 学生姓名： 刘孝文 指导教师： 教师职称： 起止时间： 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：电子信息工程学 号090302090学生姓名刘孝文专业班级自动化093课程设计（论文）题目标准信号发生器电路课程设计（论文）任务设计任务：1. 波形的产生及变换电路是应用极为广泛的电子电路，现设计并制作能产生标准方波波形信号输出的函数发生器。2. 设计电路所需的直流稳压电源。功能要求：1. 输出的各种波形工作频率范围1.5khz。2. 方波幅值5v，2v，1v（峰-峰值）。设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日17目录一、设计目的3二、设计任务3三、设计要求3四、标准信号发生器分立元件34.1直流稳压电源34.1.1直流稳压电源方案与论证44.1.4滤波电路：64.1.5稳压电路：75.2产生方波95.2.1方案一：方波发生器95.2.2方案二：产生正弦波转化成方波12六、元件清单16七、参考文献16一、设计目的1学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。2学会直流稳压电源的设计方法3学会方波函数发生器设计方法二、设计任务1波形的产生及变换电路是应用极为广泛的电子电路，现设计并制作能产生标准方波波形信号输出的函数发生器。2.设计电路所需的直流稳压电源。三、设计要求1.输出的各种波形工作频率范围1.5khz。2.方波幅值5v，2v，1v（峰-峰值）。四、标准信号发生器分立元件 4.1直流稳压电源直流稳压电源一般由电压变压器、整流滤波电路及稳压电路等组成的。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的电压电压输出。本设计主要采用输出直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，滤波，稳压过程将220v交流电，变为稳定的直流电，并实现电压在一定范围内可调4.1.1直流稳压电源方案与论证直流集成稳定电源设计思路：（1） 供电电压交流220v（有效值）50hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电压降低获得所需的交流电压。（2） 降压后的交流电压，通过整流电路变为单向直流，但其幅度变化打（即脉动大）。（3） 脉动大的直流电压经过滤波电路变成平滑，脉动小得直流电。（4） 滤波后的直流电压，再通过稳压电路的稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出。 4.1.2稳压电源的组成：电源变压电路、整流电路、滤波电路和稳压电路稳压电源组成如图：+稳压电 路滤波电 路整流电 路降压电 路uou1ufuru2_ 图4.1.2（a）tt0tt00 图4.1.2(b)4.1.3整流电路：单相桥式整流电路：使用的整流器件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个器件所承受的反相电压为电源的电压的峰值，变压器利用率较全波整流电路高。整流电路常采用二极管的单向全波整流电路。在u2的正半周内，二极管d1、d2导通，d3、d4截止；在u2的负半周内，二极管d1、d2截止，d3、d4导通；正负半周内部都有电流流过的负载，且方向是一致的。电路及输出的波形如图：图4.1.3（a）v2t0 1 2 3 4 d1t0 1 2 3 td20 1 2 3 4vot0 1 2 3 4 图4.1.3（b）在桥式整流电路中，每个二极管都只有半个周期在导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值得一半，即if=io1.电路中每只二极管承受的最大反相电压为2u2(u2是变副边电压有效值)4.1.4滤波电路：方案一：电容滤波电路：电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大，它的负载能力比较差，只是用于负载较轻且变化不大的场合。采用电容滤波器不仅可以使输出电压变得平滑、文波显著减小，同时输出的平均值也增大。电路图如图: 图4.1.4方案二：电感滤波 电感滤波是利用电感的储能来减小输出电压文波的。当电感中电流增大时自电感电动势的方向与原电流方向相反，自感电动势阻碍电位增加的同时，也将能量储存起来，是电流变化减小；反之，当电感电流减少时，自感电动势阻碍电流减小，同时释放能量，使电流减小因此，电流的变化小，电流纹波得到抑制。电感滤波电路中电感l起着阻止负载电流变化使之趋于平直作用，一般它用于低电压，大电流的场合。 以上分析知，采用电容（方案一）比较好!4.1.5稳压电路：稳压电路采用串联反馈式稳压电路。负载电流最大变化范围等于稳压管的最大稳定电流和最小稳定电流之差扩大负载电流的最简单的方法：利用晶体管得电流放大作用，将稳压管稳定电路的输出电流放大后，再作为负载电路。电路采用射极输出形式，因而引入了电压反馈，可以稳定输出电路图如图4.1.5基本调整管稳压电路的输出电压仍然不可调，且输出电压将因ube的变化而变，稳定性较差。为使输出电压可调，也为加深电压负反馈，可在基本调整管稳压电路的基础上引入放大环节，输出电压为：uo=（1+）uz4.1.6直流稳压电源的电路图4.1.6直流稳压电源的电路图5.2产生方波5.2.1方案一：方波发生器1方波发生器的原理 方波发生器如图4.2.2所示，其电路是由一个滞回比较器和一个rc负反馈回路构成，比较器输出电压uo被俩个特性相同的稳压管限幅，在比较过程中，输出电压被稳定在+uz（uz为稳压管vdz的稳定电压、下同）而保持恒定。r1、r2为限流电阻一般为10100千欧 电路的工作过程是：电源接通时刻（t=0），设c俩端电压hc=0比较器输出电压uo=+；此时运放同向端电压为uz=fuz 式中f为正反馈系数，f=。当uo=+uz时，+ uz3通过r向c充电 ，uc随时间按正指数规律上升，当uc上升到略高于fuz时，uo从-uz变为uz此后， c经r放电uc按负指数规律下降；当c放电期间，uo=-uz，运放同向端电压为fuz。当uc下降到略低于-fuz时，uo又立刻跳到+uz，回到初始状态如此周而复始，便有方波输出。方波的周期为t=2rcln（+1）如果适当选择阻值，可使f=0.462则t=2rc即f=由此可看出，改变r、r3、r4或c，均可改变震荡频率。使用中，r常用电位器代替实现对频率的调节2产生方波的函数发生器的电路图电路是由俩个二极管和电阻构成的网络使c1的充放电时间常数不等，达到改变占空比的目的。它是利用电容俩端电压uc1即运算放大器的脚和脚相比较，由此决定输出电压u的极性是正还是负。u的极性又决定通过电容的电流是充电还是放电；而uc1的大小再决定的un的极性。如此反复，产生方波。用滞回比较器产生方波，输出电压由稳压二极管d1.d2共同决定，设计中，稳压二极管均分别选用0.3，2.3，4.3的稳压二极管。它们稳压的幅度分别为 vz1=0.3+0.7=1v vz2=2.3+0.7=3v vz3=4.3+0.7=5v其中，0.7v是dz1稳压二极管的正向导通压降vz1=0.3+0.7=1v vz2=2.3+0.7=3v vz3=4.3+0.7=5v其中，0.7v是dz2稳压二极管的正向导通压降所以，uo1=+1vuo1=+3v uo1=+5v电路如图5.2.1（a） 图5.2.1（a）3总的系统图图5.2.1（b）5.2.2方案二：产生正弦波转化成方波1、正弦波发生器的工作原理产生正弦震荡的条件：正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，我们一般在放大中引入正反馈，并创造条件，使产生稳定可靠的振荡。正弦波产生的电路基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。其中：接入正反馈是产生振荡的首要条件，他又被称为相位条件；产生振荡必须满足弧度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选变频特性；同时的具有稳幅特性，因此，正弦波产生电路一般包括：放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅电路等部分2 rc正弦波振荡电路rc串并联式正弦波振荡电路，又称为文氏桥正弦波振荡电路，串并联网络在此作为选频和反馈网络，它的电路如图5.2.2（a）所示：它的起振条件为rf2r1。它的振荡频率为fo=他主要用于低频振荡，要想产生高频率的正弦信号，一般采用lc 正弦振荡电路。它的振荡频率为fo= 图5.2.2（a）在电路rf回路串联俩个并联的二极管，这样利用电流增大时二极管动态电阻减小、电流减小时动态电阻增大的特点，加入了非线性环节，从而使输出电压稳定此时饿输出电压系数为au=1+（rf+rd）/r1rc振荡的频率为f0=1/(2rc)3正弦波转换成方波电路的工作的原理：（1） 滞回比较器从集成运放输出端的限幅电路可以看出,uo=uz。集成运放反相输入端电位un=ui,同相输入端电位 根据“虚短”un=up,求出的ui就是阈值电压,因此得出 当ui-ut,un+ut,uo=-uz。 当ui+ut,unup,因而uo=-uz,所以up=-ut。ui-ut,uo=+uz。 可见,uo从+uz跃变为-uz和uo从-uz跃变为+uz的阈值电压是不同的 图5.2.2（b） （2） 从反向输入端输入的滞回比较器如图5.2.2（b）所示，滞回比较器电路中引入了正反馈，从集成运放输出端的限幅电路可以看出，uo=uz。集成运放反向输入端电位up=ui同相输入端电位up=uz令un=up求出的ui是阀值电压，因此得出ut=uz 实际上，由于集成运放的开环差模增益不是无穷大，输出电压uo才为uz。uo在从ut变为ut或从ut变为ut的过程中， 随ui的变化，将经过线性区，并需要一定的时间，