标准信号发生器电路

1、 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计（论文）摘 要信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。在电子技术应用领域，函数信号发生器的主要用途是在电子电路测量或调试时做信号源，本课题要求设计输出标准方波波形的函数信号发生器，要完成此方案的方法有许多，可通过迟滞比较器和RC积分电路或集成运算放大器来实现方波信号的产生，其中由集成运算放大器构成的方波信号发生器具有结构简单、调试方便的优点，本文主要对标准方波波形信号发生器电路作深入分析。设计中多用到模拟电子基础技术中的知识，以充分复习和应用自己已经学过的知识。关键词：直流稳压电源标准信号发生器 方波波形目 录摘 要- 1 -

2、第一章 绪 论- 3 -第二章 标准信号发生器电路设计方案论证- 4 -2.1标准信号发生器电路的应用意义- 4 -2.2设计任务、要求及功能要求- 4 -2.3设计方案论证- 5 -2.4总体设计方案框图及分析- 6 -第三章 标准信号发生器各单元电路设计- 8 -3.1迟滞比较器和RC方波产生电路- 8 -3.2变压、整流电路（包括交流转换为直流）- 8 -3.3滤波电路- 9 -3.4稳压电路- 9 -第四章 标准信号发生器整体电路设计- 11 -4.1迟滞比较和RC反馈网络整体电路图及其工作原理- 11 -4.2 直流稳压电源整体电路图及工作原理- 13 -第五章 标准信号发生器电路的

3、参数分析- 15 -5.1标准信号发生器- 15 -5.2直流稳压电源- 15 -第六章 整体电路图及分析- 17 -6.1整体电路如图- 17 -第七章 课程设计总结- 18 -参考文献- 19 -附录一- 20 -元器件清单- 20 -附录二- 21 -整体电路图- 21 -第一章绪 论在现在社会里，人们的生活通过科技的创新而改变。而其中，电子产品的更新换代的速度也愈来愈快。可以说，电子产品改变人类的生活。虽然，绝大部分电子类产品的原理是复杂的，但是，其基本的原理都是一样的，他们都是对信号进行采集、分析和处理，从而做出相应的处理。可见，信号质量的好坏，很大程度上可以决定一个电子产品是否符合

4、人的需求。就目前来说，在信号波形的产生与分解这一部分，国内外的技术已日趋成熟，而我通过本文，一方面来浅析一下该部分的工作原理，另一方面也通过课程设计来巩固自己所学知识，为以后的工作和学习做好铺垫。本文主要深入讨论标准信号发生器电路及其工作所需直流稳压电源。进一步复习模拟电子技术基础的知识，为实践工作做准备。第二章标准信号发生器电路设计方案论证2.1标准信号发生器电路的应用意义电源和信号发生器是电子电路和电子系统中不可缺少的重要组成部分。通过本次设计，可了解直流稳压电源的工作原理，学习用集成运算放大器构成方波发生器的设计方法和调试方法，并观测方波发生器的波形、幅度和频率，进一步熟悉波形变换电路的

5、工作原理及参数计算和调试方法。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。信号发生器也称信号源，是用来产生振荡信号的一种仪器，为使用者提供需要的稳定、可信的参考信号，并且信号的特征参数完全可控。所谓可控信号特征，主要是指输出信号的频率、幅度、波形、占空比、调制形式等参数都可以人为地控制设定。随着科技的发展，实际应用到的信号形式越来越多，越来越复杂，频率也越来越高，所以信号发生器的种类也越来越多，同时信号发生器的电路结构形式也不断向着智能化、软件化、可编程化发展。2.2设计任务、要求及功能要求设计任务：波形的产生及变换电路是应用极为广泛的

6、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。设计电路所需的直流稳压电源。功能要求：输出的各种波形工作频率范围1.5kHz。方波幅值5V，2V，1V（峰-峰值）。设计要求：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。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。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。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

7、电路，并标出必要的说明。2.3设计方案论证标准信号发生器根据设计要求，我提出以下两种方案方案一：用正弦波振荡器产生正弦波输出，正弦波信号通过变换电路得方波输出。文氏桥振荡器（RC串-并联正弦波振荡器）产生正弦波输出，其主要特点是采用RC串-并联网络作为选频和反馈网络，振荡频率为，改变RC的数值，可以得到不同频率的信号输出，为了使输出电压稳定，需采取稳幅措施。用集成运放构成电压比较器，将正弦波信号转化为方波信号输出。方案二：使用迟滞电压比较器加一个RC充放电回路构成的负反馈网络作为简单的方波信号发生器。线路简单，输出信号稳定，比较合适于方波产生信号。结论：方案二比起方案一来结构更加简单明了，元器

8、件使用少，构成成本比较低，制作起来简单方便。所以本文决定采用方案二来完成课程设计。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，是电子电路和电子系统中不可缺少的重要组成部分，集成稳压器在电源设备中得到广泛应用。结论：为了符合设计要求并考虑实际能力，本文采用串联式反馈稳压电源2.4总体设计方案框图及分析标准信号发生器框图与分析分析：方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。由于方波或矩形波包含极其丰富的谐波，因此，这种电路又称为多谐振荡电路。它在迟滞比较器的基础上，增加了一个由、组成的积分电路，把输出电压经过、反馈到比较器的反相端。迟滞比较器RC反

9、馈网络反馈图2.1信号发生器框图直流稳压电源框图与分析分析：本电路将220V，50Hz的交流电压通过变压器变成使用的电压在经过整流电路得到单向电压、经过滤波电路得到相应频率的电压，最后经过稳压电路得到所需电压。变压电路整流电路滤波电路稳压电路图2.2直流稳压电源框图综合总体框图图2.3综合总体框图第三章标准信号发生器各单元电路设计3.1迟滞比较器和RC方波产生电路由运算放大器和组成的迟滞比较器与反馈电路组成方波发生器电路如图3.1所示。在迟滞比较器翻转之前，为一常数（设）。通过对对充电，由逐渐上升，随着的增大，两端的电压逐渐下降，充电电流也将不断减小，使上升速度减慢。图3.1 迟滞比较器和RC

10、反馈网络电路图由此可计算出振荡周期(3.1.1)3.2变压、整流电路（包括交流转换为直流）本电路的目的在于从220V、50Hz的交流电压中得到直流电压。当输入为220V交流电压时候，首先通过变压器降为25V左右的交流电压。整流部分选用了全波桥式整流电路，输出为32V的直流电压，电路图如图3.2所示。Vo图3.2变压、整流电路3.3滤波电路滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一半由电抗原件组成，如在负载电阻两端并联电容或于负载串联电感，以及电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。特点是导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦。电路图如图3.3所示，本部分采用电感滤波。图3.3 滤波电路3.4稳

11、压电路图3.4是串联反馈式稳压电路中的一般构图，途中是整流电路的输出电压，为调整管,为比较器放大电路， 为基准电压，它是由稳压管与限流电阻串联所构成的简单稳压电路而获得，与组成反馈网络，是用来反映输出电压变换的取样环节。图3.4稳压电路第四章标准信号发生器整体电路设计4.1迟滞比较和RC反馈网络整体电路图及其工作原理方波发生器整体电路图如图4.1所示，迟滞比较器和RC反馈网络组成方波信号发生器。该电路的振荡频率为：(4.1.1)方波的输出幅值为：= （4.1.2）把迟滞比较器和RC反馈网络首尾相连形成正反馈闭环系统，如图4.1。迟滞比较器的方波经过RC反馈网络可得三角波，三角波又出发比较器自动

12、翻转转为方波，这样就构成了方波发生器。图4.1 方波发生器整体电路工作原理在迟滞比较器的基础上增加一个由、组成得到积分电路，把输出电压经过、反馈到比较器的反相端。在比较器的输出端引入限流电阻和两个背靠背的双向稳压管就组成了一个如图4.1所示的双向限幅方波发生电路。电路的正反馈系数F为： （4.1.3）在接通电源的瞬间，输出电压究竟是偏于正向饱和还是负向饱和，那纯属偶然。设输出电压偏于正饱和值，即时，加到电压比较器同相端的电压为，而加于反相端的电压，由于电容器C上的电压不能突变，只能有输出电压通过电阻按指数规律向C来充电建立，充电电流为。显然，当加到反相端的电压略正于时，输出电压便立即从正饱和值

13、（）迅速翻转到负饱和值（），又通过对对进行反向充电，充电电流为。直到略负于值时，输出状态再翻转回来。如此循环不已，新城一系列的方波输出。图4.2画出了在一个方波的典型周期内，输出端及电容器上的电压波形。设时，则的时间内，电容上的电压将以指数规律由向方向变化，电容端电压随时间变化规律为图4.2电压波形（4.1.4）设T为方波的周期，当时，,代入上式可得（4.1.5）对T求解，可得（4.1.6）如适当选取和的值，可使F=0.462，则振荡周期可简化为，或振荡频率为（4.1.7）在低频范围（如10Hz到10kHz）内，对于固定频率来说，此电路尚可。当振荡频率较高时，为了获得前后沿较陡的方波，以选择转

14、换速率较高的集成电压比较器代替运放为宜。4.2 直流稳压电源整体电路图及工作原理直流稳压电源整体电路图图4.3 直流稳压源整体电路工作原理电路如图4.3所示，为电源变压电路，它的作用是将交流电网电压变成整流电路要求的变流电压，是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。由于电抗原件在电路中游储能作用，串联电感在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就能把能量释放出来，使负载电压比较平滑、即电感具有平波的作用，当忽略电感的电阻时，负载上输出的平均电压和纯电阻负载相同。电感滤波的特点是整流管的导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦。缺

15、点是由于铁心的存在、体积大、笨重，易引起电磁干扰，一半只适用于低电压 大电流场合。如果想进一步减小负载电压中的纹波，电感后面再接一个电容来构成。如图3.4这种稳压电路的主要贿赂是起调整作用的与负载串联，故称为串联式稳压电路。输出电压的变化量由反馈网络取样经放大电路（）放大后去控制调整管的极间电压降，从而达到稳定输出电压的目的。稳压源里可简述如下：输入电压增加时，输出电压增加，随之反馈电压也增加。与基准电压相比较，其差值电压经常比较放大电路放大后使和减小，调整管的极间电压增大，使下降，从而维持基本恒定。同理，当输入电压减小（或负载电流增加）时，也将使输出电压基本保持不变。从反馈放大电路的角度来看

16、，这种电路属于淡雅串联负反馈电路。调整管连接成电压跟随器。因而可得或式中是比较放大电路的电压增益，是考虑了所带负载的英雄，与开环增益不同。在深度负反馈条件下，时，可得，表明，输出电压与基准电压近似成正比，与负反馈系数成反比。当及已定时，也就确定了，因此它是设计稳压电路的基本关系式。第五章标准信号发生器电路的参数分析5.1标准信号发生器集成运算放大器的选择在方波发生器电路中，用于电压比较器的集成运算放大器，其转换速率应满足方波频率的要求。当方波频率较高（几十千赫兹以上）或对方波前、后沿要求较高时，应选用高速集成运算放大器来组成滞回比较器。稳压管的选择稳压管的作用是限制和确定方波的幅值，此外方波振

17、幅和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关，为了得到稳定而又对称的方波输出，通常都选用高精度双稳压二极管，如2DW7.R。是稳压管的限流电阻,其值根据所用稳压管的稳压电流来确定。稳压管的电压。分压器电阻和的确定和的主要作用是提供一个随输出方波电压而变化的基准电压,并决定方波的幅值。所以和的阻值应根据方波的峰值要求来确定。例如,已知,若要方波的峰值为2.5V、1V、0.5V;125、50、25;。如果要求幅值可调,则应选用电位器。、值的确定、的值可根据方波的振荡频率来确定。当、的值确定后，先选定的值，再确定的值，一般积分电容不宜超过。取；0-1900k。5.2直流稳压电源整流滤波电路当电网电压最低为

18、176（衰减20%）时，必须保证，又为保证整管工作于放大区，取,此时变压器次级电压有效值，变压器匝数比,可采用12：1的变压器，使。流过整流二极管的电流。=58.4对于滤波电感，为使纹波足够小，、，包括变压器副线组的直流电阻和二极管的正向电阻。所以一般很小。，空载电容上最大电压为，取几十到几百，所以。采样电阻计算调整管参数计算，要求的设推动管的，则,。整流二极管的选择二极管的容量可按流过的平均电流和承受的最大反向电压来选择，并注意留余量，在桥式整流、电感滤波电路中每只二极管可按照,来选择。第六章整体电路图及分析6.1整体电路如图结论：波形的产生及变换电路是应用极为广泛的电子电路，本文所设计的是能产生标准方波波形信号输出的函数发生器。波形工作频率范围1.5kHz以下连续可调，方波幅值5、2、1V（峰值）连续可调。本电路的功能是将电网电压作输入信号，经过变压、整流、滤波和稳压产生直流的12V稳压电源。图6.1 整体电路图第七章 课程设计总结本次