分立函数信号发生器小论文DOC.docx
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分立函数信号发生器小论文DOC
函数信号发生器设计
班级:
09电子一班
姓名:
沈伟
目录
第一章概述2
1.1函数信号发生器原理2
1.2信号发生器种类3
第二章方案选择4
第三章功能电路模块设计5
3.1正弦波产生电路的设计5
3.2方波产生电路设计6
3.3三角波产生电路设计7
3.4输出电路设计8
3.5直流稳压电源的设计9
第四章PCB板设计10
4.1PCB板概述10
4.2热转印法制作PCB10
4.3PCB图绘制10
第五章调试PCB板及体会12
5.1焊接PCB板12
5.2调试PCB板12
5.3体会12
第一章概述
1.1函数信号发生器原理。
1.任务目标
(1)根据电子产品的设计流程,完成函数信号发生器方框图的设计、各个功能单元的设计,以及整个电路原理图的设计,并能够进行基本的分析和计算,以达到设计指标的要求。
(2)能够综合考虑选取电子元器件。
2.技术指标
(1)正弦波信号源
输出频率范围:
200Hz—50KHz,分两波段连续可调;
输出电压范围:
(0—10)Vp-p。
(2)方波信号源
输出频率范围:
200Hz—50KHz,分两波段连续可调;
输出电压范围:
(0—10)Vp-p。
(3)三角波信号源
输出频率范围:
250Hz—33KHz,分两波段连续可调;
输出电压范围:
(0—10)Vp-p。
3.工作原理
本设计利用LM324运放产生正弦波、方波、三角波,分两个波段可调。
电源部分采用AC220V,经整流滤波产生DC12V,给电路供电。
产生的波形通过三路选择开关进行选择,然后通过运放LM358(15MHz)组成的电压跟随器进行输出,调节运放前的电位器可以实现信号幅度的调节。
原理框图见图1.1。
图1.1函数信号发生器原理框图
1.2信号发生器种类
1.正弦信号发生器。
主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等按其不同性能和用途还可细分为低频(20赫至10兆赫)信号发生器、高频(100千赫至300兆赫)信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等。
2.函数(波形)信号发生器。
能产生某些特定的周期性时间函数波形(正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等)信号,频率范围可从几个微赫到几十兆赫。
除供通信、仪表和自动控制系统测试用外,还广泛用于其他非电测量领域。
3.脉冲信号发生器。
能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器,可用以测试线性系统的瞬态响应,或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。
4.随机信号发生器。
通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。
噪声信号发生器主要用途为:
在待测系统中引入一个随机信号,以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能;外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数;用随机信号代替正弦或脉冲信号,以测定系统动态特性等。
第二章方案选择
函数信号发生器的设计有多种实现方式,一可以采取DSP技术进行编程,实现高精度信号发生器的功能。
二可以采用51系列单片机编程实现波形输出,并进行调节的功能。
三是采用分立元件及运放电路实现波形输出选择及幅度的调节。
综合上述方法,以第三种方法实现的难度最小,易控制。
对于我们的实训而言,起到了相当大的作用,并进一步掌握了PCB的设计方法。
图2.1是利用单片机实现函数信号发生器功能的原理框图,该方法对硬件要求不高,重在软件的编程上,实现波形的输出及频率的显示。
图2.1单片机实现原理框图
结合上述,在本设计中我们选择用分立元件实现函数信号发生器的相关功能,简单易行。
在元器件的采购方面也较易实现,选用市场上常见的LM324和LM358,以及相关的阻容元件。
第三章功能电路模块设计
3.1正弦波产生电路的设计
正弦波产生电路由RC桥式正弦波振荡器构成,其电路结构简单,性能可靠,用来产生几十KHz以下的低频正弦信号。
图3.1RC桥式正弦振荡器
在图3.1中,RC电路串、并联为正反馈与选频网络,Rf、R1组成稳幅电路。
在设计时,应使Au略大于3,即Rf/R1略大于2。
若Au远大于3时,因振幅的增长使放大器工作到非线性区域,波形将产生严重的非线性失真;若Au小于3时,则不起振。
电路设计选频网络的选择:
在本设计中,要求输出频率为200Hz—50KHz,分两波段连续可调。
一般情况下,采用波段开关切换电容的方式实现频段的粗调,在每一频段内用双联电位器完成本波段内频率的细调。
这里用波段开关S1、S2对选频网络中的电容C1、C3(2200Pf)和C2、C4(0.022uF)进行切换实现频率粗调。
用双联电位器W1、W2实现频率的微调。
图3.2是正弦波实际应用电路原理图。
图3.2正弦波实际应用电路原理图
3.2方波产生电路设计
方波产生的方法有很多种,最简单的方法使采用过零比较器。
将正弦波产生电路输出的正弦波经过零比较器即可得到同频的方波。
过零比较器的工作原理是:
将输入电压ui与0比较,当ui>0时,运放处于负饱和态,输出电压为低电平;当ui<0时,运放处于正饱和态,输出电压为高电平。
由于当ui=0时输出电压发生翻转,称“过零比较器”。
图3.3为方波产生电路。
图3.3方波产生电路
当输出低电平时,若无稳压管VD3、VD4,则Uol等于负电源电压(-12V);同理输出的高电平Uoh等于正电源电压(+12V)。
由于加入两个4.3V稳压管,则总有一个稳压管处于稳压,另一个处于导通状态,是方波输出电压范围是-5Vp-p--+5Vp-p。
3.3三角波产生电路设计
三角波产生电路的基本结构如图3.4所示。
集成运放U1及周围R1—R4、VDz构成电压比较器,集成运放U2及周围元件R、C、R5构成积分器。
图3.4三角波基本结构图
集成运放U2及其周围元件R、C、R5构成积分器,输出三角波,输出电压为:
三角波的频率为:
三角波的幅度为:
三角波实际应用电路原理图如图3.5所示,输出频率范围:
250Hz—33KHz,分两波段可调,输出电压范围是(0-10)Vp-p。
图3.5三角波实际应用电路原理图
3.4输出电路设计
输出电路采用LM358(15MHz)组成的电压跟随器,调节W4可以改变信号幅度。
图3.6所示为输出电路原理图。
图3.6输出电路原理图
3.5直流稳压电源的设计
直流稳压电源用于给集成运放供电,由于集成运放在工作时的电压为
12V,所以选用三端稳压块的型号为LM7812和LM7912。
根据经验值,LM7812的输入电压应为(15-20V)左右为宜,LM7912的输入电压应为(-20—-15V)为宜,所以选用双15V输出的变压器。
整流管用1N4007即可满足要求。
设计的电路图如图3.7所示。
图3.7直流稳压电源
第四章PCB板设计
4.1PCB板概述
1.概念:
中文名称为印制电路板,有称印制板,是电子产品的重要部件之一。
几乎每种电子设备,只要存在电子元器件,它们之间的电气连接就要使用印制板。
在大型电子产品研制过程中,影响电子产品成功的最基本因素之一就是该电路板得设计和制造。
印制板的设计和制造质量直接影响到整个电子产品的质量和成本,甚至影响到电子产品在市场中的竞争力。
2.PCB分类:
按基材的性质可分为刚性印制板和挠性印制板两大类,按布线层次可分为单面板、多面板和多层板三类。
3.PCB功能:
(1)提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑;
(2)实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘;
(3)提供所要求的电气特性,如特性阻抗等;
(4)为自动焊接提供阻焊图形,为元件插装,检查维修提供识别字符和图形。
4.2热转印法制作PCB
热转印法利用激光打印机先将图形打印到热转印纸纸上,再通过热转印机将图形“转印”到覆铜板上,形成由墨粉组成的抗腐蚀图形,再经三氯化铁溶液腐蚀后即可获得所需印制板图形。
其基本操作步骤为绘图,打印,转印,腐蚀、清洗、钻孔。
4.3PCB图绘制
根据原理图生成PCB图,利用自动布线和手动布线方式相结合的方法,做成单面板,图4.1所示为PCB图。
图4.1PCB图
注意事项:
1.开关的封装选择;
2.电位器的封装选择;
3.元器件布局、布线的合理性;
4.焊盘加粗、铜箔加粗。
第五章调试PCB板及体会
5.1焊接PCB板
1.元器件准备工作。
2.热转印法:
(1)绘图;
(2)打印;(3)转印;(4)腐蚀、清洗、钻孔。
3.进行焊接,掌握电烙铁的基本使用方法。
5.2调试PCB板
使PCB板通电,采用示波器观察输出波形,变换波形输出开关,观测正弦波、方波、三角波。
调节电位器,观察输出频率的变化。
5.3体会
通过本次设计,我学到了很多的知识。
了解了电子产品设计的基本流程,以及注意事项。
产品尤其注重使用性、工艺性、经济性,否则即使推向市场也是不成功的。
通过原理图及PCB图的绘制,更深入地掌握了Protel软件的使用方法。
团队协作的能力也是非常重要的,我们这一组努力合作,合理分工,达到了预期的效果。
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