函數信號發(fā)生器畢業(yè)設計

1、<p>　　多用函數信號發(fā)生器的設計</p><p><b>　　2012年5月</b></p><p>　　多用函數信號發(fā)生器的設計</p><p>　　The Design of Multi-functionsignal Generator</p><p><b>　　摘 要 </b&

2、gt;</p><p>　　函數信號發(fā)生器是指能自動產生方波、正弦波、三角波等電壓波形的儀器, 它在實驗及科學研究中得到了廣泛應用。本課題的任務是設計一個函數信號發(fā)生器，使其能自動產生方波、三角波以及正弦波。本論文主要針對函數信號發(fā)生器進行論述，它基本可分為四部分：第一部分主要是對設計中應用到的一些模電數電方面的知識如電壓比較器積分器，差分放大器等進行簡單介紹;第二部分的主要內容是提出了以下兩種設計方案:第一種方

3、案是基于單片集成芯片MAX038函數信號發(fā)生器的設計,第二種方案是基于晶體管、運放IC等函數信號發(fā)生器的設計,并且對這兩種方案的優(yōu)點和缺點進行分析比較,最后確定采用第二種方案來完成函數信號發(fā)生器的設計。第三部分就具體介紹了我的設計方案—基于晶體管、運放IC等函數信號發(fā)生器的設計,它是本文的核心,該部分講述了性能指標、原理框圖、以及如何通過參數計算來確定設計電路等幾個方面的內容;文章第四部分就主要介紹了調試安裝的方法,并對設計中出現的故障

4、進行了簡要分析。 </p><p>　　關鍵字：函數信號發(fā)生器 差分放大器 積分器 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The function signal generating device is refers can automatically have voltage waveform th

5、e and so on the square-wave, sine wave, triangle wave instrument, it obtained the widespread application in the experiment and the scientific research. This topic duty designs a function signal generating device, enables

6、 its automatically to have the square-wave, the triangle wave as well as the sine wave. The present paper mainly aims at the function signal generating device to carry on the elaboration, it</p><p>　　Key wor

7、ds: function signal generating device differential amplifier integrator </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>

8、;<b>　　緒論1</b></p><p>　　1 函數發(fā)生器系統設計4</p><p>　　1.1 設計方案的比較4</p><p>　　1.2 系統模塊設計5</p><p>　　2 單元電路設計10</p><p>　　2.1 正弦波振蕩電路10</p>

9、<p>　　2.1.1 電路工作原理10</p><p>　　2.1.2 參數計算11</p><p>　　2.2 電壓比較器13</p><p>　　2.2.1 電路工作原理13</p><p>　　2.2.2 參數計算15</p><p>　　2.3 積分電路15</p&g

10、t;<p>　　2.3.1 電路工作原理15</p><p>　　2.3.2 參數計算16</p><p>　　3 電路仿真18</p><p>　　3.1 仿真方法18</p><p>　　3.2 仿真結果19</p><p>　　3.2.1 正弦波仿真波形19</p>

11、;<p>　　3.2.2 方波仿真波形20</p><p>　　3.2.3 三角波仿真波形20</p><p>　　4 電路安裝及調試21</p><p>　　4.1 文氏電橋振蕩器的調整與測試21</p><p>　　4.2 回比較器的調試與測試21</p><p>　　4.3 積分器

12、的調試與測試21</p><p><b>　　結論23</b></p><p><b>　　致謝24</b></p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　附錄26</b></p><p>

13、<b>　　緒 論</b></p><p>　　函數發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產實踐和科技領域中有著廣泛的信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產實踐和科技領域中有著廣泛的應用。各種波形曲線均可以用三角函數方程式來表示。能夠產生多種波形,如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數信號發(fā)生器。在通信、廣播、電視系統，在工業(yè)、農業(yè)、生物醫(yī)學等領域內，函數信號發(fā)生器在實驗和設備檢

14、測中具有十分廣泛的用途。</p><p>　?。?） 本課題的研究現狀</p><p>　　函數發(fā)生器既可以構成獨立的信號源，也可以是高性能網絡分析儀、頻譜儀及其它自動測試設備的組成部分。函數發(fā)生器的關鍵技術是多種高性能儀器的支撐技術，因為它能夠提供高質量的精密信號源及掃頻源，可使相應系統的檢測過程大大簡化，降低檢測費用并極大地提高檢測精度。美國安捷倫生產的33250A型函數/任意波形發(fā)生

15、器可以產生穩(wěn)定、精確和低失真的任意波形，其輸出頻率范圍為1μHz～80MHz，而輸出幅度為10mVpp～10Vpp；該公司生產的8648D射頻信號發(fā)生器的頻率覆蓋范圍更可高達9kHz～4GHz。國產SG1060數字合成信號發(fā)生器能雙通道同時輸出高分辨率、高精度、高可靠性的各種波形，頻率覆蓋范圍為1μHz～60MHz；國產S1000型數字合成掃頻信號發(fā)生器通過采用新技術、新器件實現高精度、寬頻帶的掃頻源，同時應用DDS和鎖相技術，使頻率范

16、圍從1MHz～1024MHz能精確地分辨到100Hz，它既是一臺高精度的掃頻源，同時也是一臺高精度的標準信號發(fā)生器。還有很多其它類型的信號發(fā)生器，他們各有各的優(yōu)點，但是函數發(fā)生器總的趨勢將向著寬頻率覆蓋、高頻率精度、多功能、多用途、自動化和智能化方向發(fā)展。</p><p>　　目前，市場上的信號發(fā)生器多種多樣，一般按頻帶分為以下幾種：</p><p>　　超高頻：頻率范圍1MHz以上，可達

17、幾十兆赫茲。</p><p>　　高頻：幾百KHZ到幾MHZ。</p><p>　　低頻：頻率范圍為幾十HZ到幾百KHZ。</p><p>　　超低頻：頻率范圍為零點幾赫茲到幾百赫茲。</p><p>　　超高頻信號發(fā)生器，產生波形一般用LC振蕩電路。</p><p>　　高頻、低頻和超低頻信號發(fā)生器，大多使用文氏橋振

18、蕩電路，即RC振蕩電路，通過改變電容和電阻值，改變頻率。</p><p>　　用以上原理設計的信號發(fā)生器，其輸出波形一般只有兩種，即正弦波和脈沖波，其零點不可調，而且價格也比較貴，一般在幾百元左右。在實際應用中，超低頻波和高頻波一般是不用的，一般用中頻，即幾十HZ到幾十KHZ。用單片機89S52,加上一片DAC0832,就可以做成一個簡單的信號發(fā)生器，其頻率受單片機運行的程序的控制。再在DAC0808輸出端加上一

19、些電壓變換電路，就完成了一個頻率、幅值、零點均可調的多功能信號發(fā)生器的設計。這樣的機器體積小，價格便宜，耗電少，頻率適中，便于攜帶。</p><p>　?。?） 選題目的及意義</p><p>　　函數發(fā)生器是一種經常使用的設備，由純粹物理器件構成的傳統的設計方法存在許多弊端，如：體積較大、重量較沉、移動不夠方便、信號失真較大、波形種類過于單一、波形形狀調節(jié)過于死板，無法滿足用戶對精度、便

20、攜性、穩(wěn)定性等的要求，研究設計出一種具有頻率穩(wěn)定、準確、波形質量好、輸出頻率范圍寬、便攜性好等特點的波形發(fā)生器具有較好的市場前景，以滿足軍事和民用領域對信號源的要求。</p><p>　　本次設計的主要目標是學習和運用單片機的C語言和匯編語言，通過現有多功能電子學習機部分已有器件，實現利用單片機AT89C52和8位D/A轉換芯片DAC0832共同實現正弦波，方波，三角波，鋸齒波這四種常見波形的發(fā)生，并且可以接收外

21、接鍵盤輸入而在一定范圍內改變頻率。</p><p>　　在無標準函數發(fā)生儀器時，本設計可以作為簡單的函數發(fā)生器使用。本次設計準備在成本交低廉的前提下完成，使用的都是該學習機上器件，主要是用單片機AT89C52，DAC0832，性能指數都不是很高，所以對此信號源的基本要求是能發(fā)生幾種常見的波形，正弦波，方波，三角波，鋸齒波，并且能夠在一定的范圍內改變頻率。通過該課題的設計掌握以AT89C52為核心的單片機系統的軟硬

22、件開發(fā)過程和基本信號的產生原理、測量及誤差分析方法，同時掌握函數發(fā)生器系統的設計流程；培養(yǎng)我們綜合運用所學的基本知識、基本理論和基本技能的能力，學習解決一般工程技術和有關專業(yè)問題的能力，學習工程設計和科學研究的基本方法，完成對所學知識的綜合訓練。</p><p>　　1 函數發(fā)生器系統設計</p><p>　　1.1 設計方案的比較</p><p>　　函數發(fā)生

23、器的設計方案可用多種方案來完成。在設計前對各種方案進行了比較：</p><p>　　方案一：用差分放大電路實現三角波到正弦波以及集成運放組成的電路實現函數發(fā)生器。波形變換的原理是利用差分放大器的傳輸特性曲線的非線性，傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)域越窄越好;三角波的幅度應正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。</p><p>　　方案二：用二極管折線近似電路以及集成運放組成的電路實現函數發(fā)生器。

24、根據二極管折線近似電路實現三角波——正弦波的變換頻率調節(jié)部分設計時，可先按三個頻率段給定三個電容值：1000pF、0.01Μf、0.1μF然后再計算R的大小。手控與壓控部分線路要求更換方便。為滿足對方波前后沿時間的要求，以及正弦波最高工作頻率（10kHz）的要求，在積分器、比較器、正弦波轉換器和輸出級中應選用Sr值較大的運放（如LF353）。為保證正弦波有較小的失真度，應正確計算二極管網絡的電阻參數，并注意調節(jié)輸出三角波的幅度和對稱度。

25、輸入波形中不能含有直流成分。</p><p>　　方案三 ：利用單片機AT89C51和8位D/A轉換芯片DAC0832共同實現正弦波，方波，三角波，鋸齒波這四種常見波形的發(fā)生，并且可以接收外接鍵盤輸入而在一定范圍內改變頻率。</p><p><b>　　可行性分析：</b></p><p>　　上面三種方案中，方案一與方案二中三角波——正弦波部

26、分原理雖然不一樣，但是他們有共通的地方就是都要認為地搭建波形變換的電路圖。而方案三利用單片機構成的應用系統有較大的可靠性。系統擴展、系統配置靈活。容易構成各種規(guī)模的應用系統，且應用系統有較高的軟、硬件利用系數。單片機具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實現，而且設計時間短，成本低，可靠性高。綜上所述我選擇了第三種設計方案。</p><p>　　1.2 系統模塊設計</p><p>

27、　　該函數發(fā)生器有以下幾部分組成：（1）控制模塊（2）按鍵及其顯示模塊（3）D/A轉換模塊三部分組成。</p><p>　　1.2.1 控制模塊</p><p>　　方案一：用單片AT89S52作為系統的主控核心。單片機具有體積小，使用靈活的，易于人機對話和良好的數據處理，有較強的指令尋址和運算功能等優(yōu)點。且單片機功耗低，價格低廉的優(yōu)點。</p><p>　　方案

28、二：用FPGA等可編程器件作為控制模塊。FPGA可以實現各種復雜的邏輯功能，密度高，速度快，穩(wěn)定性好等許多有點。FPGA在掉電后會丟失數據上電后須進行一次配置，因此FPGA在應用中需要配置電路和一定的程序。并且FPGA作為數字邏輯器件，競爭、冒險是數字邏輯器件較為突出的問題，因此在使用時必須注意毛刺的產生、消除及抗干擾性。</p><p>　　在次系統中，采用單片機作為控制比采用FPGA實現更簡便。基于綜合性價比

29、，確定選擇方案一。</p><p>　　1.2.2 按鍵及其顯示模塊</p><p>　　方案一：采用傳統的獨立式按鍵；用傳統的LED段選位選的方式進行波形的切換及顯示。這種方式占用系統資源較多，并且效率低，程系編寫大量而復雜。</p><p>　　方案二：為了提高單片機的資源利用率和運行的效率,按鍵顯示部分我們直接使用zlg7289擴展鍵盤，鍵盤與單片機連接。z

30、lg7289芯片與單片機之間通信方便，而且由zlg7289對鍵盤進行自動掃描，可以去抖動，充分的提高了單片機的工作效率。</p><p>　　在次系統中，我們直接采用zlg7289擴展鍵盤實現更簡便，確定選擇方案二。</p><p>　　1.2.3 波形產生模塊</p><p>　　方案一：使用鎖相環(huán)通過分頻運算實現頻率的步進，這種方案頻率穩(wěn)定度高，但程控比較困難

31、，而且步進范圍過大，鑒于鎖相環(huán)技術比較復雜，沒有采用這種方案。</p><p>　　方案二：使用專用函數發(fā)生電路，如ICL8038 或MAX038，通過D/A轉換調整函數發(fā)生器控制電壓實現頻率的控制，這種方案可以使頻率連續(xù)可調，省卻了波形轉換電路，但控制電壓與頻率的變化不是嚴格的線性關系，如果不加頻率負反饋則頻率無法穩(wěn)定準確，加上頻率負反饋將使電路大大復雜，穩(wěn)定度也會下降，而且如果要實現比較大的帶寬，就需要不斷更

32、換振蕩電容，電路復雜程度進一步增加。為避免調試困難，沒有采用這種方案。</p><p>　　方案三：使用單片機的定時器設置定時時間，每半個周期對I/O 口取反一次，從而實現頻率輸出。這種方案雖然在高頻頻段誤差比較大，但是編程簡單控制容易。 </p><p>　　權衡以上利弊，我們選擇了方案三。</p><p>　　1.2.4 D/A轉換</p>&l

33、t;p>　　單片輸出的是數字信號，必須通過D/A轉換后才能模擬信號。</p><p>　　方案一：采用D/A轉換器AD7543。AD7543是一種串行的D/A轉換器，與單片機之間的連線少，布線方便，而且又是12位的D/A轉換器，精度高。但串行數據傳輸速度慢,當頻率較高時,必須減少每周期輸出的點數,這將會導致階梯現象更加明顯,因此,此方案不宜使用。</p><p>　　方案二：采用DA

34、C0832這是8位的并行D/A轉換器，轉換速度快。</p><p>　　方案三：采用2片DAC0832。由其中一芯片的輸出電壓作為另一芯片的參考電壓，這樣就可以方便的控制最大輸出電壓。</p><p>　　若采用方案二，在輸出電壓較低的情況下，比如為1V時，輸出的最大電壓只有參考電壓的1/5，這將會使精度降低，而方案三剛好可以解決這個問題，因此，本系統選擇了方案三。</p>

35、<p>　　1.2.5 DAC0832芯片介紹</p><p>　　DAC0832 是美國國家半導體公司生產的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉換芯片。由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經有很高的普及率。學習并使用DAC0832 可是使我們了解A/D轉換器的原理，有助于我們單片機技術水平的提高。</p><p>　　DAC0832 具有以下特點：

36、</p><p>　?。?） 8位分辨率；</p><p>　　（2） 雙通道A/D轉換；</p><p>　?。?） 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；</p><p>　?。?） 5V電源供電時輸入電壓在0-5V之間；</p><p>　　（5） 工作頻率為250KHZ，轉換時間為32μS；</p>

37、<p>　?。?） 一般功耗僅為15mW；</p><p>　?。?） 8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC多種封裝；</p><p>　?。?） 商用級芯片溫寬為0°C to +70°C，工業(yè)級芯片溫寬為?40°C to +85°C；</p><p><b>　　芯片接口說明：</b>

38、;</p><p>　?。?） CS芯片選使能，低電平芯片使能。</p><p>　?。?） CH0模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。</p><p>　?。?） CH1模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。</p><p>　?。?） GND芯片參考0 電位（地）。</p><p>　?。?） DI數據信號輸入，

39、選擇通道控制。</p><p>　　（6） DO數據信號輸出，轉換數據輸出。</p><p>　?。?） CLK芯片時鐘輸入。</p><p>　?。?） Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入（復用）。</p><p>　　DAC0832為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓

40、的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0-5V之間。芯片轉換時間僅為32μS，據有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇。</p><p>　　單片機對DAC0832 的控制原理：</p><p>　　正常情況下DAC0832 與單片機的接口應為4條數據線，分別

41、是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI并聯在一根數據線上使用。當DAC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的

42、數據信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應輸入2 位數據用于選擇通道功能。 </p><p>　　當此2 位數據為“1”、“0”時，只對CH0 進行單通道轉換。當2位數據為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉換。當2 位數據為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN-進行輸入。當2 位數據為“0”、“1”時，將CH0作為

43、負輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進行輸入。到第3 個脈沖下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數據輸出DO進行轉換數據的讀取。從第4個脈沖下沉開始由DO端輸出轉換數據最高位 DATA7，隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數據。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數據DATA0，一個字節(jié)的數據輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數據，即從第11個字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數據，到第19

44、個脈沖時數據輸出完成，也標志著一次A/D轉換結束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉換后數據進行處理就可以了。作為單通道模擬信號輸入時DAC0832的輸入電壓是0-5V且8位分辨率時的電壓精度為19.53mV。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時，可是將電壓值設定在某一個較大范圍之內，從而提高轉換的寬</p><p>　　1.3 系統總體框圖</p><p>　　本系統是以單片機AT8

45、9C52和8位D/A轉換芯片DAC0832以及zlg7289鍵盤及顯示共同實現正弦波，方波，三角波，鋸齒波這四種常見波形的產生及顯示相互切換的功能。系統原理框圖如圖1-1。</p><p><b>　　圖1-1 系統框圖</b></p><p><b>　　2 單元電路設計</b></p><p>　　2.1 正弦波振

46、蕩電路</p><p>　　2.1.1 電路工作原理</p><p>　?。?） 正弦波產生電路</p><p>　　正弦波產生電路即為正弦波振蕩器。受集成運放帶寬所限，振蕩頻率均不高，一般為1Hz-1MHz。正弦波振蕩器常用的電路結構有移相式正弦波振蕩器、文氏電橋振蕩器及積分式正弦波振蕩器等。</p><p>　?。?） 文氏電橋振蕩器&

47、lt;/p><p>　　文氏電橋振蕩電路又稱RC串并聯網絡正弦波振蕩電路。它用于產生f0≤1MHz的低頻振蕩信號，振幅和頻率較穩(wěn)定，而且頻率調節(jié)方便。許多低頻信號發(fā)生器其主振器均采用這種電路。</p><p>　　文氏電橋振蕩器是利用零相移網絡，作為反饋回路，接于運放同相輸入端，同時接入適當的負反饋，控制運放增益，組成正弦波振蕩器。圖2-1a）為典型的文氏電橋振蕩器電路。</p>

48、<p>　　A）文氏振蕩器 b）具有穩(wěn)幅機構的文氏振蕩器</p><p>　　圖2-1 文氏振蕩電路</p><p>　　圖中RC串、并聯網絡引入同相端形成正反饋，并且由它決定振蕩頻率，使得在</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　時

49、，因串、并聯網絡引入的相移φ=0，從而滿足自激振蕩相位平衡條件</p><p>　　ΦA即運放相移，低頻時ΦA=0。</p><p>　　R1、R3引入負反饋，根據振幅條件來調節(jié)運放增益。振幅平衡條件為AF=1，在f=f0時</p><p>　?。?-2） </p><p>　　對振蕩器而言，Auf為負反饋放大增益</

50、p><p>　　即 或 （2-3） </p><p>　　該電路依據集成運放的非線性限幅，故波形會產生較大失真。為此，實際電路中需設自動穩(wěn)幅機構。</p><p>　　電路如圖3-1b）所示。圖中負反饋電路中的二極管V1、V2即為自動限幅元件，R3是為克服硅二極管“死區(qū)”而設置的。它是利用二極管的正向電阻隨所加電壓而改變的特性，達到調節(jié)負反饋深

51、度的目的，即當振幅增大時二極管的正向電阻變小，負反饋加強，使振幅減小。采用兩只二極管反向并聯，目的是使輸出正反饋兩個半周期輪流工作，使正、負半振幅相等。顯然，這兩只二極管特性應相同，否則正負半周振幅將不同。</p><p>　　2.1.2 參數計算</p><p>　?。?） 選定具有穩(wěn)幅作用的文氏電橋振蕩器</p><p>　　如圖3-1b）所示，常用的穩(wěn)幅方法

52、，是利用放大器負反饋強弱的自動調節(jié)作用來實現穩(wěn)幅。即振幅增大時，若能使負反饋系數R1/(R1+Rf)也自動增大，負反饋作用加強，則抑制了振幅的繼續(xù)升高；反之，若振幅減小時，反饋系數自動減小，負反饋作用減弱，則抑制了振幅繼續(xù)下降，這樣就達到了穩(wěn)幅的目的。為了進一步改善輸出電壓幅度的穩(wěn)定問題，可以在放大電路的負反饋回路里采用非線性元件來自動調整反饋的強弱以維持輸出電壓恒定。</p><p>　?。?） 根據設計要求的

53、振蕩頻率，計算RC之積</p><p><b>　　即</b></p><p>　?。?-4） </p><p>　　（3） 確定R、C值</p><p>　　為使選頻網絡的選頻特性盡量不受運放輸入、輸出電阻的影響，應按下列關系選R的值，即</p><p>　　Ri為運放同

54、相輸入電阻（約幾百千歐以上），R0為其輸出電阻（約幾百歐下）因此，可選R=15KΩ,則C的值為</p><p>　　取標稱值C=0.01μF。然后復算R的值，則R=15.9KΩ，取標稱值R=16KΩ。</p><p>　　注意選用穩(wěn)定性較好、精度較高的電阻和介質損耗小的電容。</p><p>　?。?） 確定R3和R2值</p><p>　　

55、電阻R2和R3可根據式（2-3）來確定，通常取R2=2.1R3，這樣既能保證起振，又不引起嚴重的波形失真。另一方面，為了減小運算放大器輸入失真電流及其漂移的影響，應盡量滿足R=R3//Rf，于是可導出</p><p>　　取標稱值R3=24KΩ，則</p><p>　?。?） 穩(wěn)幅二極管V1、V2及R2、Rf的選擇</p><p>　　穩(wěn)幅電路由兩只反向并聯的二極管

56、與R2并聯組成。在振蕩過程中，V1、V2交替導通和截止。如果由于外界因素使振幅增大時，二極管rd將減小，即R2值減小，負反饋系數自動變大，正反饋作用加強，從而抑制了振幅上升。振幅下降時的穩(wěn)幅過程就不言而喻了。</p><p>　　選用穩(wěn)幅二極管應注意兩點：</p><p>　?、購奶岣哒穹臏囟确€(wěn)定性考慮，宜選用硅二極管。這里選用2CK型開關二極管。</p><p>

57、;　　②為了保證上、下振幅對稱，二極管V1、V2的特性參數應匹配。</p><p>　　穩(wěn)幅二極管的非線性程度越大，負反饋自動調節(jié)作用越靈敏、穩(wěn)幅效果越好。但是二極管特性的非線性，又會引起波形失真。為減小非線性失真，可在二極管兩端并上一個小電阻R2。顯然，R2值越小，對二極管非線性的削弱作用越大，波形失真會減小，但同時穩(wěn)幅效果也變差。</p><p>　　可見選擇R2時，應兩者兼顧實踐證明

58、，取R2≈rd時，效果最佳。通常R2取幾千歐姆，R2選定后，Rf的值便可以初步確定。因為</p><p><b>　　則</b></p><p>　　取R2=6.8KΩ，則Rf=50.4KΩ-3.4KΩ=47KΩ，選WXWX-3型47KΩ多圈微調電位器。</p><p>　?。?） 選擇運放型號</p><p>　　運放

59、的選擇，除要求輸入電阻高、輸出電阻低以外，最主要的是運放的增益帶寬積應滿足以下條件，即</p><p>　　因振蕩輸出幅度較大，集成運放工作在大信號狀態(tài)。因此要求轉換速率SR滿足</p><p>　　2.2 電壓比較器</p><p>　　2.2.1 電路工作原理</p><p>　　（1） 方波產生電路</p><

60、p>　　電壓比較器是一種常見的信號幅度處理電路，在越限報警、波形整形、信號產生、模數轉換等各方面均有廣泛應用。常用的矩形波產生電路有過零比較器、窗口比較器、滯回比較器。</p><p><b>　?。?） 滯回比較器</b></p><p>　　基本電壓比較器電路簡單，但除了用于純粹的電壓比較器外，幾乎沒有實用價值。因為在實際生產和實驗中，不可避免的會有干擾信號

61、，干擾信號的幅值如果恰好在參考電壓附近，就會引起電路輸出的頻繁變化，致使電路的執(zhí)行元件產生誤動作。此時，電路的靈敏度高反而成了不利因素。如何將干擾信號濾除而又能使電路正常工作呢？只有滯回比較器可以解決這個矛盾。</p><p>　　滯回比較器的電路如圖2-2a）所示。</p><p>　　a）滯回比較器 b）滯回比較器的電壓傳輸特性 </p>

62、<p>　　圖2-2 滯回比較器</p><p>　　在電路中，引入電壓的增加，當ui很低時，運放A2輸出電壓的增加，當ui達到門限電壓UTH+時</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　比較器發(fā)生器翻轉，輸出低電平。此時輸出電壓</p><p>　　當輸出電壓由高逐漸降低時，要

63、一直降到另一門限電壓</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　比較器才有發(fā)生翻轉，比較器的輸出轉變?yōu)楦唠娖健?lt;/p><p><b>　　則門限寬度為</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　

64、　當輸出信號在兩個門限電壓之間時，比較器的輸出不發(fā)生變化。若干擾信號就在這兩個門限電壓之間，則電路的輸出沒有變化，相當于把干擾信號給濾除掉了。滯回比較器的特性還常用電壓傳輸特性來表示，如圖2-2b）（UTH+-UTH-）稱為回差電壓，回差電壓的值可以按照電路工作地點的干擾情況通過實驗加以確定，以有效地濾除干擾。在生產實踐中，經常需要對溫度、水位進行控制，這都可以用滯回比較器來實現在一定的溫度范圍內或水位范圍內的控制。同時滯回比較器還經常

65、用于信號整形，如將一波形較差的矩形波整形成較理想的矩形波。</p><p>　　2.2.2 參數計算</p><p><b>　　（1） 確定Dw</b></p><p>　　根據題目要求：UP-P≥10V，VP-P=±(VZ+VD)，選擇VZ=5V，即選擇DW的穩(wěn)壓值為5V穩(wěn)壓二極管。選擇IN4733，其穩(wěn)壓值為5.1V，IZ=4

66、9mA。</p><p>　?。?） R7為穩(wěn)壓二極管限流電阻</p><p>　　設ΔUTH=1V，則R7=7K</p><p>　　根據公式（2-6）有2R1/R1+R2=1/UZ+UD取R1=10KΩ，R2=91KΩ，R4=9.1KΩ。</p><p><b>　　2.3 積分電路</b></p>

67、<p>　　2.3.1 電路工作原理</p><p>　　積分電路的形式可以根據實際要求來確定。若要進行兩個信號的求和積分運算，應選擇求和積分電路。若只要求對某個信號進行一般的波形變換，可選用基本積分電路?；痉e分電路如圖2-3所示。</p><p><b>　　圖2-3 積分電路</b></p><p><b>　　輸出

68、電壓</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　上式表明，uo于ui的積分成比例，式中的負號表示兩者的相位相反，R1Cf稱為積分時間常數。</p><p>　　當ui為階躍電壓時，輸出電壓最后達到負飽和值。</p><p>　　當ui一定時，uo隨著電容元件的充電按指數規(guī)律增

69、長，其線性度較差。采用集成運算放大器組成積分電路，由于充電電流量是恒定的if≈i1≈Ui/R1的故uo是時間t的一次函數，從而提高了它的線性度。</p><p>　　2.3.2 參數計算</p><p>　?。?） 確定時間常數τ=R8C2</p><p>　　τ的大小決定了積分速度的快慢。由于運算放大器的最大輸出電壓uomax為有限值（通常Uomax=±

70、;10V左右），因此，若τ的值太小，則還未達到預定的積分時間t之前，運放已經飽和，輸出電壓波形會嚴重失真。</p><p>　　因此，當輸入信號為正弦波時，τ的值不僅受運算放大器最大輸出電壓的限制，而且與輸入信號的頻率有關，對于一定幅度的正弦信號，頻率越低τ的值應該越大。</p><p>　　（2） 選擇電路元件</p><p>　?、佼敃r間常數τ=R8C2確定后，

71、就可以選擇R8和C2的值，由于反相積分電路的輸入電阻Ri=R8，因此往往希望R8的值大一些。在R8的值滿足輸入電阻要求的條件下，一般選擇較大的C2值，而且C2的值不能大于1μF。τ=0.5ms取R8=10K，則C2=0.05μF，這里取C2=0.051μF。</p><p><b>　　②確定R9</b></p><p>　　R9為靜態(tài)平衡電阻，用來補償偏置電流所產生

72、的失調，一般取R9=R8。如R8=Ri=10KΩ，R8也就是輸入電阻。</p><p><b>　?、圻x擇運算放大器</b></p><p>　　為了減小運放參數對積分電路輸出電壓的影響，應選擇：輸入失調參數（UIO、IIO、IB）小，開環(huán)增益（Auo）和增益帶寬積大，輸入電阻高的集成運算μA741。</p><p><b>　　3

73、 電路仿真</b></p><p><b>　　3.1 仿真方法</b></p><p>　　從事電子產品設汁、開發(fā)等工作的人員，經常要求對所設計的電路進行實物模擬和調試。</p><p>　　其目的，一方面是為了驗證所設計的電路是否能達到設計要求的技術指標，另一方面，通過改變電路中元器件的參數，使整個電路性能達到最佳值。以往的電

74、路設計模擬，常常是制作一塊摸擬試驗板，在這塊板上用買實際元器件進行試驗和調試。取得數據后，再來修正原設計的電路參數，直至達到設計提出的要求。但由于受工作場地、儀器設備和元器件品種、數量的限制，有些試驗往往無法及時完成。這樣既影響工作的順利進行，又束縛了設計人員的手腳。為了克服上述困難。加拿大Interactive Image Technologies公司于20世紀80年代末、90年代初推出了專門用于電子線路仿真的“虛擬電子工作臺”（El

75、ectronics Workbench）軟件，它可以將上述不同類型的電路組合成混合電路進行仿真。目前已在電子工程設計、電子類課程教學等領域得到了廣泛的應用。</p><p>　　與其他的電路仿真軟件相比較，Electronics Workbench具有界面直觀操作方便等優(yōu)點，它改變了有些電路仿真軟件輸入電路采用文本方式的不便之處。創(chuàng)建電路、選用元器件和測試儀器等可以直接從屏幕圖形中選取，而且測試儀器的圖形與實物外

76、形基本相似。實驗證明，具一般電子技術基礎知識的人員，只要幾個小時就可學會Electronics Workbench的基本操作，從而大大提高了電子設計工作的效率。</p><p>　　Electronics Workbench還是一種非常優(yōu)秀的電子技術實訓工具，因為掌握電子技術，不僅需要理論知識，而旦更重要的是通過實際操作來加深對內容的理解。作為電子類相關課程輔助教學和實訓手段，它不僅可以彌補實驗儀器、元器件缺乏帶

77、來的不足，而且排除了原材料消耗和儀器損壞等因素，可以幫助學生更快、更好地掌握課堂講述的內容，加深對概念、原理的理解，彌補課堂理論教學的不足，而且通過電路仿真．可以熟悉常用電子儀器的測量方法，進一步培養(yǎng)學生的綜合分析能力、排除故障能力和開發(fā)、創(chuàng)新能力。</p><p>　　Electronics Workbench最明顯的特點是仿真的手段切合實際。選用元器件和儀器與實際情形非常相近。繪制電路圖需要的元器件、電路仿真

78、需要的測試儀器均可直接從屏幕上選取，而且儀器的操作開關、按鍵同實際儀器的極為相似，因此特別容易學習和使用。而且通過電路仿真，既掌握了電路的性能，又熟悉了儀器的使用方法。</p><p>　　Electronics Workbench的元器庫不僅提供了數千種電路元器件選用，而且還提供了各種元器件的理想值，因此仿真的結果就是該電路理論理想值。這對于驗證電路的原理和電子類課程的教學與實驗極為方便。同時也可以新建或擴充已

79、有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數可從生產廠商的產品使用手冊中查到，因此大大方便了使用人員。</p><p><b>　　3.2 仿真結果</b></p><p>　　通過EWB對電路進行仿真，結果如下：</p><p>　　3.2.1 正弦波仿真波形</p><p>　　正弦波仿真波形如圖3-1所示。實測Vp-

80、p≈22.2V，與設計要求值Vp-p≥20V有一定誤差，但能滿足要求。</p><p>　　圖3-1 正弦波仿真波形</p><p>　　3.2.2 方波仿真波形</p><p>　　方波仿真波形如圖3-2所示。實測Vp-p≈11V，與設計要求值VP-P≥10V有一定誤差，但能滿足要求。</p><p>　　圖3-2 方波仿真波形</

81、p><p>　　3.2.3 三角波仿真波形</p><p>　　三角波仿真波形如圖3-3所示。實測Vp-p≈5V，與設計要求值VP-P≥4V有一定誤差，但能滿足要求。</p><p>　　3-3 三角波仿真波形</p><p>　　4 電路安裝及調試</p><p>　　4.1 文氏電橋振蕩器的調整與測試</

82、p><p>　　（1） 檢查電路接線，應特別檢查集成運放輸出端有沒有短路，正、負電源有沒有接錯，確認沒有錯誤后合上直流電源。</p><p>　?。?） 用示波器觀察輸出電壓波形，若沒有波形應調節(jié)Rf，增大R2值，直至出現振蕩波形為止。若仍無波形，應切斷電源，檢查電路接線，直至找到并消除故障后，再接通電源。如果波形嚴重失真，應適當減小R2或R3。</p><p>　?。?/p>

83、3） 振蕩頻率的調整。固定電容C、改變電阻或固定電阻R、改變C（串并聯R和C應同步調整），直至振蕩頻率達到要求為止。在測量振蕩頻率對，應選用輸人阻抗高測試儀器，以免影響選頻網絡的元件參數。</p><p>　　（4） 幅度與頻率穩(wěn)定度的測量。振蕩電路經過上述調試，波形失真、頻率及幅度均達到指標要求后，即可對輸出信號幅度和頻率穩(wěn)定度進行測量，一般測量短期穩(wěn)定值。例如：改變直流電源電壓和改變負載阻抗的大小，分別測出輸

84、出電壓及頻率的變化時，從而求得幅度及頻率穩(wěn)定度為ΔU0/UO和f/f0。也可以通過測量1小時內幅度及頻率的相對變化量，來確定振蕩電路幅度和頻率的穩(wěn)定度。</p><p>　　4.2 回比較器的調試與測試</p><p>　　將電位器調至中心位置，用示波器觀察輸出波形。改變電位器的位置，觀察輸出波形。將電位器調至中心位置，短接一只穩(wěn)壓管，觀察波形，分析元器件作用。</p>&

85、lt;p>　　4.3 反相分器的調試與測試</p><p>　　對于圖2-3所示的反相積分器，主要是調整積分漂移。具體的調整方法是將電路的輸人端接地，然后在積分電容兩端接人開關或短路線將其短路，使積分器迅速復零。此時，可調整調零電位器，使輸出電壓為零。接下來，斷開開關或去掉短路線，用電壓表監(jiān)測積分器的輸出電壓，再次調整調零電位器使輸出電壓為零。應當注意，此時由于積分零漂的影響，很難調整使uo=0。反復調節(jié)

86、，直至積分器漂移值最小為止。</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　經過這段時間的努力，已經成功完成了正弦波、方波、三角波的設計與調試。通過這次實踐，我了解了函數信號發(fā)生器的用途及工作原理，熟悉了函數信號發(fā)生器的設計步驟，鍛煉了自己實踐能力，培養(yǎng)了獨立設計能力。同時，學會了查找相關資料相關標準，分析數據，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經驗

87、公式的獲得是前人不懈努力的結果。此次畢業(yè)設計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。在設計最后通過仿真表明設計的電路原理正確，效果也很明顯。但是畢業(yè)設計也暴露出自己專業(yè)基礎的很多不足之處。比如缺乏綜合應用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解等等。對于電量的定量分析也應進一步深入。</p><p>　　本次設計，收獲頗多，學會了很多。首先，選課題，并在老師的指導下了解設計中的要求

88、；其次，借來了相關的資料，進行分析，理論計算；再次，寫報告，用Electronics Workbench作模擬仿真，并對原先的電容、電阻進行改進，使波形達到最佳效果。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經過幾個月的查閱和整理材料，隨著論文的完成，終于讓學生在大學的生活，得以劃下了完美的句點。論文得以完成，要感謝的人實在太多了。要感謝在大

89、學期間所有傳授我知識的老師，是你們的悉心教導使我有了良好的專業(yè)課知識，這也是論文得以完成的基礎。要感謝我的朋友和同學還有韓焱青老師，是他們在我遇到問題是給我以指點。通過此次的論文，我學到了很多知識，在論文的寫作過程中，通過查資料和搜集有關的文獻，培養(yǎng)了自學能力和動手能力。并且由原先的被動的接受知識轉換為主動的尋求知識，這可以說是學習方法上的一個很大的突破。在以往的傳統的學習模式下，我們可能會記住很多的書本知識，但是通過畢業(yè)論文，我們學會

90、了如何將學到的知識轉化為自己的東西，學會了怎么更好的處理知識和實踐相結合的問題。 </p><p>　　在論文的寫作過程中也學到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先做學問要一絲不茍，對于發(fā)展過程中出現的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的?？傊?，此次論文的寫作過程，我收獲了很多，即為大學四年劃上了一個完美

91、的句號，也為將來的人生之路做好了一個很好的鋪墊。再次感謝我的大學和所有幫助過我并給我鼓勵的韓焱青老師，同學和朋友，謝謝你們。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 謝自美．電子線路設計、實驗、測試．第二版．武漢：華中科技大學出版社，2000</p><p>　　[2] 鄭應光．模擬電子線路（一）．南京：東

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