DZ104多用信號發(fā)生器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

DZ104多用信號發(fā)生器系統(tǒng)設(shè)計(jì),dz104,多用,信號發(fā)生器,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 多用信號發(fā)生器設(shè)計(jì),學(xué) 生：李光偉 導(dǎo) 師：李建新 專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器,,歡迎您蒞臨論文答辯,哈爾濱理工大學(xué) ? 二零零八年六月二十六日,綱 要,課題來源 選題的目的和意義 基本電路設(shè)計(jì) 實(shí)物電路設(shè)計(jì) 電路仿真測試 結(jié)論 致謝,,,,1.設(shè)計(jì)一種多用信號發(fā)生器要求簡單成本低，可以輸出為方波、三角波和正弦波三種波形；用開關(guān)切換輸出均為雙極性；輸出阻抗均為50Ω；具有數(shù)字顯示輸出信號頻率和電壓幅值功能 。 2. 要求提出最少三種制作方案，并加以論證。 3.用Protel99等軟件繪制出電路板圖 。,論文主要研究工作,,,,1.信號發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號或脈沖信號運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器 。 2.傳統(tǒng)的模擬信號發(fā)生器由于輸出波形單一, 頻率及相位調(diào)節(jié)精度低,同時(shí)不能滿足現(xiàn)代復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求, 利用多用途專用芯片直接數(shù)字合成設(shè)計(jì)信號發(fā)生器成本太高 。,研究意義,,,,,,,3.信號發(fā)生器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 （1）.信號發(fā)生器應(yīng)用國內(nèi)研究狀況 我國目前還基本處于傳統(tǒng)儀器與計(jì)算機(jī)化儀器互相分離的狀態(tài),世界各大相關(guān)的產(chǎn)品商家都在向中國這個(gè)巨大的市場進(jìn)軍。結(jié)合我們的實(shí)際情況,我們必須走引進(jìn)與自行開發(fā)相結(jié)合的道路 。 （2）.信號發(fā)生器國外研究狀況 信號發(fā)生器技術(shù)在發(fā)達(dá)國家的推廣應(yīng)用也是十分普及,不僅在電子測量領(lǐng)域、過程控制領(lǐng)域,包括人們生活的其它許多領(lǐng)域,利用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的測量與控制系統(tǒng)的例子也很多 。,,波形發(fā)生電路圖,方波發(fā)生器電路圖,,如圖所示電路，設(shè)在接通電源的時(shí)刻，電容器兩端電壓為0，兩輸出電壓相等，此時(shí)電壓U0=Uz通過R1向C充電，使運(yùn)放反向輸入電壓Un=Uc由零逐漸上升。在UnUp以前，U0=-Uz保持不變。在t=t2時(shí)刻，Un下降到略低于Up，U0由低電平跳到高電平，即變?yōu)閁z又回到原始狀態(tài)。如此周而復(fù)始，循環(huán)不已，因此產(chǎn)生振蕩，輸出方波 .,,,三角波發(fā)生電路,根據(jù)RC積分電路輸入和輸出信號波形的關(guān)系可知，當(dāng)RC積分電路的輸入信號為方波時(shí)，輸出信號就是三角波，由此可得，利用方波信號發(fā)生器和RC積分電路就可以組成三角波信號發(fā)生器。,,工作原理：方波信號發(fā)生器輸出的方波。圖中A1等還可構(gòu)成同相滯回比較器，A2和R4、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，將三角波信號整形變換成方波信號輸出 。,正弦波發(fā)生器,正弦波發(fā)生器又稱文氏電橋振蕩器 。,,1.文氏電橋振蕩器的振蕩頻率，由具有選頻特性的RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)決定。 2.文氏電橋振蕩器的起振條件為Av大于等于3，即要求放大器的電壓益大于等于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(bǔ)償。但A比3大得多了會(huì)導(dǎo)致輸出正弦波形變差（起振條件為Av=3）。,電路實(shí)物設(shè)計(jì)和元件器選擇,為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，將在原有方波，三角波和正弦波 的電路基礎(chǔ)上增加一級放大器MC4558CD，以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)和，輸出阻抗為50Ω 。,右圖為方波行信號發(fā)生器的實(shí)物連接電路圖,續(xù)表1,上圖為正弦波和三角波信號發(fā)生實(shí)物電路圖,電路元器件和參數(shù)選擇,,1.運(yùn)算放大器的選擇：根據(jù)指標(biāo)要求，這里主要考慮雙電源、通用、無需調(diào)零型的運(yùn)放，可選擇MC4558。,,2.電源電壓的選擇：MC4558的正常電源為15V左右。,3. 穩(wěn)壓二極管的選擇：考慮輸出電壓和電源電壓的要求，可選穩(wěn)壓二極管為1N4740，其穩(wěn)壓值約為10V,,4. R4和R5的選擇：和一般在幾千歐到幾萬歐之間，為實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)，應(yīng)為可調(diào)電位器。由于輸入電壓為10V，而輸出電壓要求最大為5V，因此，可選R4＝10kΩ，R5＝4.7kΩ的電位器,5.由于三角波是由方波電路進(jìn)行積分得來的，所以只需在方波電路原基礎(chǔ)上增加部分功能電路即可。大部分器件的選擇也是相同的 。,,仿真電路圖,利用仿真軟件Multiuse畫出電路圖，得出仿真結(jié)果如圖所示。上原理圖中的可以用來調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的信號輸出頻率，將兩個(gè)波形發(fā)生器整合做出一個(gè)完整的信號發(fā)生器 ，其中 K1連接C1時(shí)輸出三角波，C2輸出正弦波，C3輸出方波。,仿真模式下得出的設(shè)計(jì)結(jié)果,,上圖可以看出正確輸出所需要的波形,輸出的所有波形的頻率相同。,PCB板式圖,利用上面的仿真模式做出PCB電路圖并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的測試，可以很方便的在仿真模式下觀測電路下設(shè)計(jì)的信號發(fā)生器的具體工作流程，并加以多方面的調(diào)試 。,信號發(fā)生器的實(shí)際制作,1.制作過程：根據(jù)設(shè)計(jì)的指標(biāo)購買元器件并進(jìn)行焊接。選取的原則就是：所用元器件盡量與理論推算所用的元器件相符，在價(jià)格、貨源允許的情況下盡量使用精密的元器件這樣可以減少整個(gè)電路的誤差。同時(shí)由于貨源的問題本設(shè)計(jì)并沒有采用精密多圈電位器而是采用一般的電位器這樣會(huì)造成一定的誤差但不大。,2.實(shí)際布局中，由于采用專門的集成芯片，所以整個(gè)電路的元器件比較少，這樣有利于整個(gè)電路的布局。為了以后的檢查和修改，應(yīng)盡量使元器件之間的間隔較大，盡量減少導(dǎo)線的使用，并且盡量使用比較細(xì)的導(dǎo)線，最好使用專用的高溫導(dǎo)線 。,,電子電路的組裝和調(diào)試,1.電路組裝：在實(shí)驗(yàn)箱上組裝，元器件便于插接且電路便于調(diào)試，并可提高器件重復(fù)利用率組裝電路時(shí)注意，電路之間要共地。正確的組裝方法和合理的布局，不僅使電路整齊美觀，而且能提高電路工作的可靠性，便于檢查和排除故障 。,2.電路調(diào)試： 第一種是采用邊安裝邊調(diào)試的方法 第二種方法是整個(gè)電路安裝完畢，實(shí)行一次性調(diào)試。這種方法適于定型產(chǎn)品 。 第三種是整機(jī)聯(lián)調(diào)。,結(jié)論,第一章講述了信號發(fā)生器的發(fā)展趨勢和其發(fā)展前景，并提出了設(shè)計(jì)指標(biāo)。 第二章中提出了四個(gè)設(shè)計(jì)方案并決定運(yùn)用方案二進(jìn)行實(shí)際制作，在第二章的第二節(jié)中設(shè)計(jì)了方波發(fā)生器電路、三角波和正弦波的發(fā)生器電路。并且分別對三種電路進(jìn)行了參數(shù)確定與論證比較。 第三章中設(shè)計(jì)了三種波的實(shí)物電路，在將二種發(fā)生器進(jìn)行整合合并之后做出了一個(gè)整體的信號發(fā)生器的實(shí)物電路，最后對電路進(jìn)行了仿真調(diào)試，得出仿真結(jié)果和PCB線路制成圖 最后一章里面首先介紹了一種比較先進(jìn)的信號發(fā)生器（以MAX308芯片為核心制作的信號發(fā)生器），接著講述了電子電路的調(diào)試方法和具體制作方法。,本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一種簡單可行的信號發(fā)生器，可以正確輸出設(shè)計(jì)指標(biāo)中要求的三種波形本方案制作的信號發(fā)生器能很好完成設(shè)計(jì)指標(biāo)中的要求，但是結(jié)果顯示，它的功能較少，精度不高，頻率上限只有300kHz，無法產(chǎn)生更高頻率的信號，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié)。 信號發(fā)生器的研究還處于發(fā)展新興階段，有待于進(jìn)一步改進(jìn)和研究。把信號發(fā)生和數(shù)據(jù)采集集成在一起，利用網(wǎng)絡(luò)對其進(jìn)行控制和處理，并且在軟硬件的升級方面有很大的改善空間和靈活性。,謝謝！,再見！,