论文简易的信号发生器

电子线路课程设计

院 部：电子与信息

专 业：通信工程

姓 名：xxx

学 号：xxxxxxxxx

指导教师：xxxx

完成时间：2014.3.23

电子线路课程设计任务书

姓名； xxx 班级；xxxxxxxxxxxxxx 指导老师；xxxxxx

设计课题： 简易的函数发生器 设计任务与要求 根据题目，然后完成以下任务： 1、 查阅资料，设计一个函数发生器 2、 能产生正弦波、方波 3、 编写课程设计说明书 要求： 1、 频率为100~1KHz 2、 幅度为2.5V 3、 掌握文氏桥震荡电路 4、 完成电路的制作，测试结果 设计步骤 1、 查阅相关资料； 2、 先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明； 3、 依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明； 4、 列出标准的元件清单； 5、 制作并调试电路，进行测试，得到想要的波形。 6、 总体电路及总体电路原理相关说明； 7、 列出设计中所涉及的所有参考文献资料。 设计说明书字数不得少于3000字。

参考文献 [1] 李万臣主编 .《模拟电子技术基础实验与课程设计》.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版2001.3 [2] 沈明发等编 .《低频电子线路实验》.广州:暨南大学出版社，2001.10 [3] 刘志军主编．《模拟电路实验教程》．北京：清华大学出版社 , 2005.5 [4] 康华光．电子技术基础（模拟部分）（第四版）．武汉：高等教育出版社，2005.7 [5] 舒庆莹．凌玲．模拟电子技术基础实验．武汉：武汉理工大学出版社，2008.2

目录

目录 .......................................................................................................................................................... 1

第1章 引言 ............................................................................................................................................ 1

第2章 基本原理 .................................................................................................................................... 1

2.1 基本文氏振荡器 .......................................................................................................................... 1

2.2 振荡条件 ...................................................................................................................................... 2

第3章 参数设计及运算 ........................................................................................................................ 5

3.1 结构设计 ...................................................................................................................................... 5

3.2 参数计算 ...................................................................................................................................... 6

第4章 仿真效果与实物 ........................................................................................................................ 9

心得体会 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。

参考文献 ............................................................................................................................................ 10

综合课程设计说明书

第1章 引言

无论是从数学意义上还是从实际的意义上，正弦波都是最基本的波形之一——在数学上，任何其他波形都可以表示为基本正弦波的傅里叶组合;从实际意义上来讲，它作为测试信号、参考信号以及载波信号而被广泛的应用。在运算放大电路中，最适于发生正弦波的是文氏电桥振荡器和正交振荡器。

第2章 基本原理

2.1 基本文氏振荡器

基本文氏电桥反馈型振荡电路如图1所示，它由放大器即运算放大器与具有频率选择性的反馈网络构成，施加正反馈就产生振荡。运算放大器施加负反馈就为放大电路的工作方式，施加正反馈就为振荡电路的工作方式。图中电路既应用了经由R3和R4的负反馈，也应用了经由串并联RC网络的正反馈。电路的特性行为取决于是正反馈还是负反馈占优势。

图2-1

将这个电路看作一个同相放大器，它对Vp进行放大，其放大倍数为

AVoR13VpR4

在这里为了简化我们假设运算放大器是理想的。令，R1=R2=R,C1=C2=C。反过来，Vp是由运算放大器本身通过两个RC网络产生的，其值为VP=[ZP/(ZP+Z1)]Vo。式中Zp=R∥﹙1/j2πfC﹚，

ZsR1/j2fC。展开后可以得到

BjfVo1Vp3jf/f0f0/f1

综合课程设计说明书

上式中

f01/2fC。信号经过整个环路的总增益是

TjfAB或者表示为

Tjf1R3/R43jf/f0f0/f

这是一个带通函数，因为它在高频和低频处均趋于零。它的峰值出现在

ff0处，其值为

TjfTjf为实数表明了一个频率为

大小，可有三种不同的可能性：

1R3/R43

f0的信号经过环回路一周后，其净相移为零。根据Tjf的

Tjf﹤1，也就是A＜3V／V。从直观上即可看出，这一扰动每次环绕回路后均会被

减小，直至其降到零为止。这时可以认为回路的负反馈（通过R3和R4）胜过了正反馈（通过Zs和Zp），使其成为一个稳定的系统。

Tjf﹥1，也即A＞3V／V。这时正反馈超过了负反馈，说明频率为

f0的扰动会被再

生的放大，导致整个电路进入一个幅度不断增长的震荡过程中。此时电路时不稳定的。

Tjf=1，或A=3V／V 。这种情况称为中性的稳定状态，因为此时正负反馈量相等。

任何频率为

f0的扰动首先被放大3V／V 倍，然后再缩小1/3V／V，这就说明一旦电路工作

它就会无限的持续下去

2.2 振荡条件

放大电路的反馈回路网络采用R和C串并联回路，具有频率选择性，由放大电路的增益。

R3和

R4设定

2

综合课程设计说明书

图2-2

图1的电路可以考虑为四端子桥式网络，电路平衡的条件是运算放大器各自输入端的电位相等，即

eiei’。

图2中运算放大器的同向输入端电压压

ei等于RC网络构成的分压电路的分压比与输出电

eo相乘的电压，即

ei1R1R221CC1jC2R1C1R2eo

反向输入端电压

ei’为：

ei’eoeiR4R3R4 ei’相等，因此，仅取实部为

若运算放大器的放大倍数足够大，则和

1R1C2R3+R4R2C1R4 （振幅条件）

若虚部为0，求出谐振频率2f，则有

C2R1由此得到由于一般取

1C1R2

1R1R2C1C2（频率条件）

，则得到振幅条件

R1=R2=R，C1=C2=C 3

综合课程设计说明书

3频率条件

R3+R4R13R4R4

f12RC R4根据以上的计算，振荡开始的振幅条件为A≥3，即运算放大器的增益为3倍以上就能振荡。因此，改变振幅稳定电路的电阻振荡电路。

R3和中的任何一个，若控制A≈3，就成为一个

4

综合课程设计说明书

第3章 参数设计及运算

3.1 结构设计

为了使文氏电桥振荡电路能产生振荡，非常重要的是正反馈的作用是输出不饱和，为此，在负反馈侧接入限幅和自动增益控制电路。最简单的就是接入二极管。

图3-1

如图3所示电路，应用了一个简单的二极管-电阻器网络来控制时

R3的有效值。信号较小

R5不起作用。从而有

R2／

R1＞2，

也就是说此事振荡在积累。当振荡不断地增长，这两个二极管以交替半周导通的方式逐渐进入导通状态。在二极管充分导通的限制下，

R2会变小使

R2／

R1﹤2。然而，在此极限值

到达之前，振幅会自动地稳定在二极管导通的某个中间电平上，正好满足上述电路的一个缺点是输出电压对二极管的正向压降非常灵敏。

R2／

R1=2。

对电路进行改进，采用发光二极管，这里不是利用其发光性质，而是利用其正向电压与稳定的温度特性，正向电压比通常的硅二极管大，而且，温度特性比二级管串联稳定得多。

5

综合课程设计说明书

电路图设计如图4。

图3-2

由于该电路是采用单电源工作，因此，运算放大器的输出含有（1/2）是隔断该直流成分的电容。

Vcc的直流。

C5就

3.2 参数计算

先讨论振荡频率为1kHz时常数与元器件的选择。

首先，由于运算放大器为单电源工作，偏置电阻是使运算放大器同向输入端的电平为

Vcc／2，其电阻分压，不管为何阻值，这里设为15k。于是，该值的1／2即为7.5k。

R=7.5k时计算电容C的值，即

C12f0R=1/6.28*103*7.5*103=0.0212F

这个非常接近E6系列的值0.022F。电容不是一种，这样振荡频率

f0就会有些偏移，

但频率正好为1kHz时，7.5k电阻R采用6.8k固定电阻加1k半固定电阻即可。 对于标准的文氏电桥振荡电路，RC网络损耗达到1/3，若运算放大器的增益A不到3以上，

6

综合课程设计说明书

则能开始振荡。因此，增益设定电阻

若

R4和R2的关系是：

R22R4

R4=1k，则

R2要为2k以上。有标准E12系列可知，最近值是

R2=2.2k。

然而，若按照原样，则振荡输出饱和达到运算放大器的最大输出振幅，因此，用LED与电阻进行限幅。

与LED串联的电阻也与电阻

R2的阻值有关，考虑到LED正向电压的分散性，采用可

调电阻（2.7k固定电阻+5k可调电阻）。用于补偿可变幅度较大的分散性及调整波形的失真。

振荡频率截止频率

f0时隔直电容

C1的容抗（1/C）足够小。这里（1/5）

f0以下的频率作为

fc。

C11kHz时

1/2

fcR4=0.796*10-6

C1=10F。

C1取1F（110F即可），又实际要求为100Hz-1000Hz，则取

要使输出在100Hz到1kHz范围内则R要在7.5k到75k之间可变，在原电路图中加入可变电阻即可。

在电路图中，运算放大器使用LM324N，运算放大器的种类没有特别的要求。 由以上分析可得最后设计原理图如图3-3所示。PCB图如图3-4所示。

图3-3

7

综合课程设计说明书

图3-4

8

综合课程设计说明书

第4章 仿真效果与实物

经仿真后由示波器得到的正弦波及方波如图4-1所示，如图4-2所示。

图4-1

图4-2

可以看出，所设计的正弦波发生器可以产生符合要求的正弦波形以及方波。做出的实物

9

综合课程设计说明书

如图4-3所示。

图4-3

参考文献

[1] 李万臣主编 .《模拟电子技术基础实验与课程设计》.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版2001.3 [2]沈明发等编 .《低频电子线路实验》.广州:暨南大学出版社，2001.10 [3] 刘志军主编．《模拟电路实验教程》．北京：清华大学出版社 , 2005.5

[4] 康华光．电子技术基础（模拟部分）（第四版）．武汉：高等教育出版社，2005.7 [5] 舒庆莹．凌玲．模拟电子技术基础实验．武汉：武汉理工大学出版社，2008.2

10