多用信號發(fā)生器系統(tǒng)設計

多用信號發(fā)生器系統(tǒng)設計,多用,信號發(fā)生器,系統(tǒng),設計 多用信號發(fā)生器設計,學 生：李光偉 導 師：李建新 專 業(yè)：測控技術與儀器,,歡迎您蒞臨論文答辯,哈爾濱理工大學 ? 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 基本電路設計 實物電路設計 電路仿真測試 結(jié)論 致謝,,,,1.設計一種多用信號發(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)生器在電路實驗和設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)學等領域內(nèi)，如高頻感應加熱、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,同時不能滿足現(xiàn)代復雜電子系統(tǒng)設計的要求, 利用多用途專用芯片直接數(shù)字合成設計信號發(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)生器應用國內(nèi)研究狀況 我國目前還基本處于傳統(tǒng)儀器與計算機化儀器互相分離的狀態(tài),世界各大相關的產(chǎn)品商家都在向中國這個巨大的市場進軍。結(jié)合我們的實際情況,我們必須走引進與自行開發(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)生器技術在發(fā)達國家的推廣應用也是十分普及,不僅在電子測量領域、過程控制領域,包括人們生活的其它許多領域,利用虛擬儀器實現(xiàn)復雜的測量與控制系統(tǒng)的例子也很多 。,,波形發(fā)生電路圖,,如圖所示電路，設在接通電源的時刻，電容器兩端電壓為0，兩輸出電壓相等，此時電壓U0=Uz通過R1向C充電，使運放反向輸入電壓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系可知，當RC積分電路的輸入信號為方波時，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償。但A比3大得多了會導致輸出正弦波形變差（起振條件為Av=3）。,電路實物設計和元件器選擇,為了實現(xiàn)設計指標的要求，將在原有方波，三角波和正弦波 的電路基礎上增加一級放大器MC4558CD，以實現(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)生實物電路圖,電路元器件和參數(shù)選擇,,1.運算放大器的選擇：根據(jù)指標要求，這里主要考慮雙電源、通用、無需調(diào)零型的運放，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，為實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)，應為可調(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行積分得來的，所以只需在方波電路原基礎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，將兩個波形發(fā)生器整合做出一個完整的信號發(fā)生器 ，其中 K1連接C1時輸出三角波，C2輸出正弦波，C3輸出方波。,仿真模式下得出的設計結(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電路圖并在實驗室進行的測試，可以很方便的在仿真模式下觀測電路下設計的信號發(fā)生器的具體工作流程，并加以多方面的調(diào)試 。,信號發(fā)生器的實際制作,1.制作過程：根據(jù)設計的指標購買元器件并進行焊接。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電路的誤差。同時由于貨源的問題本設計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造成一定的誤差但不大。,2.實際布局中，由于采用專門的集成芯片，所以整個電路的元器件比較少，這樣有利于整個電路的布局。為了以后的檢查和修改，應盡量使元器件之間的間隔較大，盡量減少導線的使用，并且盡量使用比較細的導線，最好使用專用的高溫導線 。,,電子電路的組裝和調(diào)試,1.電路組裝：在實驗箱上組裝，元器件便于插接且電路便于調(diào)試，并可提高器件重復利用率組裝電路時注意，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 第二種方法是整個電路安裝完畢，實行一次性調(diào)試。這種方法適于定型產(chǎn)品 。 第三種是整機聯(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，并提出了設計指標。 第二章中提出了四個設計方案并決定運用方案二進行實際制作，在第二章的第二節(jié)中設計了方波發(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行了參數(shù)確定與論證比較。 第三章中設計了三種波的實物電路，在將二種發(fā)生器進行整合合并之后做出了一個整體的信號發(fā)生器的實物電路，最后對電路進行了仿真調(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。,本設計設計了一種簡單可行的信號發(fā)生器，可以正確輸出設計指標中要求的三種波形本方案制作的信號發(fā)生器能很好完成設計指標中的要求，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，有待于進一步改進和研究。把信號發(fā)生和數(shù)據(jù)采集集成在一起，利用網(wǎng)絡對其進行控制和處理，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！,