实用信号源的设计和制作(严俊宇)

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1、电子系统设计报告设计课题：实用信号源的设计和制作学院：机械与电子工程学院专业：自动化姓名：严俊宇学号：102062026实用信号源的设计和制作一、设计任务及主要技术指标设计任务：在给定±15V电源电压条件下，设计并制作一个正弦波和脉冲波信号源。设计要求：1．基本要求　　（1）正弦波信号源　　　①信号频率：20Hz～20kHz步进调整，步长为5Hz,　　　②频率稳定度：优于10-4　　　③非线性失真系数≤3%　　（2）脉冲波信号源　　　①信号频率：20Hz～20kHz步进调整，步长为5Hz　　　②上升时间和下降时间：≤1μs　

2、　　③平顶斜降：≤5%　　　④脉冲占空比：2%～98%，步进可调，步长为2%　　（3）上述两个信号源公共要求　　　①频率可预置。　　　②在负载为600Ω时，输出幅度为3V。　　　③完成5位频率的数字显示。2．发挥部分　　（1）正弦波和脉冲波频率步长改为1Hz。　　（2）正弦波和脉冲波幅度可步进调整，调整范围为100mV～3V，步长为100mV。　　（3）正弦波和脉冲波频率可自动步进，步长为1Hz。　　（4）降低正弦波非线性失真系数。二、本设计总体方案由于本设计要求不能采用专用信号发生芯片和可编程器件，并且要求达到的频率范围为

3、20Hz～20KHz，为低频信号发生器，因此拟采用方法一，即由分立器件构建频率产生单元，产生振荡后再实现正弦波和脉冲波，这种方法有以下两种信号输出方案。方案一：如图2.1所示。频率产生单元三角波正弦波方波图2.1信号输出方案一方案二：如图2.2所示。频率产生单元正弦波方波图2.2信号输出方案二考虑电路结构和实现方便，拟采用方案二。振荡电路稳幅电路正弦波调幅电路电压比较电路脉冲调幅电路正弦波脉冲波系统总体框图如图2.3所示。所设计的信号发生器由振荡电路、稳幅电路、正弦波调幅电路、电压比较电路、脉冲波调幅电路组成。频率产生单元由

4、振荡电路和电压放大电路构成，能够产生频率可调的正弦波信号，正弦波信号的幅度调整后经电压比较器和脉冲调幅电路输出要求的脉冲波。图2.3系统总体框图三、正弦波信号生成方案信号发生器的工作频率范围、频率稳定度、频率设置精度、相位噪声、信号频谱纯度是信号发生器性能的重要指标，都与频率产生单元有关，在本设计中频率产生单元首先生成正弦波信号，正弦波信号的频率大小直接影响后面脉冲波信号的步进，因此正弦波信号的产生方法十分重要。1.1振荡信号的生成方法振荡信号可以由三种形式的振荡器产生。1.LC振荡器这种振荡器，由于LC体积大、频率变化范围

5、小、品质因数Q值较小，故一般不太适合用于低频信号振荡器，而在一般高频信号振荡器中使用较多。2.差频振荡器由一稳定的基准频率振荡器与可调频率振荡器产生差频信号，此差频信号经过低频滤波、放大后作为信号源输出信号。这种振荡器频率覆盖面宽，缺点是受高频基准振荡器频率稳定度的影响很大，所以输出频率稳定性较差，在低频端尤为显著，使用时需要经常校正。3.RC振荡器RC振荡器用电阻代替了电感器，使结构简单、紧凑，不仅降低了成本，而且还具有较高的频率稳定性，调节使用较方便，因而在低频信号发生器中被广泛地应用。典型的RC振荡器叫做文氏电桥振荡器

6、。文氏电桥振荡器的优点是在同一频段内比LC振荡器的频率范围宽，其频率变化比值（以最高频率与最低频率之比表示）可达10∶1，而LC振荡器只有3∶1左右。振荡波形是正弦波，失真小。频率稳定性高，在所有工作频率范围内，振幅几乎等于常数。低频信号发生器中多采用这种电路。因此设计中采用RC振荡器产生正弦振荡信号。1.2RC振荡原理与振荡条件正弦波产生电路一般应放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅电路几个基本组成部分。判断一个电路是否为正弦波振荡器，就看其组成是否含有上述四个部分。1.RC桥式振荡电路的构成RC桥式振荡电路如图2.4所示。

7、RC串并联网络接在运算放大器的输出端和同相输入端构成了带有选频作用的正反馈网络，另外Rf、R1接在运算放大器的输出端和反相输入端之间，与集成运放一起构成负反馈放大电路。由图2.5可见，正反馈电路与负反馈电路构成一文氏电桥电路，运算放大器的输入端和输出端分别跨接在电桥的对角线上，所以把这种振荡电路称为RC桥式振荡电路。可见,当ω=ω0=1/RC时，达到最大值且等于1/3,而相移φ=0，输出电压与输入电压同相，所以RC串并联网络具有选频作用，此时输出电压频率为（2-1）图2.4RC桥式振荡电路2.正弦振荡条件判断正弦振荡的一般方

8、法是：（1）是否满足相位条件，即电路是否为正反馈，只有满足相位条件才有可能振荡；（2）放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工作点是否合适。（3）分析是否满足幅度条件,检验，若①，则不可能振荡；②，能振荡，但输出波形明显失真；③，产生振荡。振荡稳定后，再加上稳幅措施，振荡稳定，