裝配圖多用信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)設(shè)計(jì),裝配,多用,信號(hào)發(fā)生器,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 多用信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 學(xué)生 李光偉導(dǎo)師 李建新專業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 歡迎您蒞臨論文答辯 哈爾濱理工大學(xué) 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(shè)計(jì)實(shí)物電路設(shè)計(jì)電路仿真測(cè)試結(jié)論致謝 1 設(shè)計(jì)一種多用信號(hào)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(guān)切換輸出均為雙極性 輸出阻抗均為50 具有數(shù)字顯示輸出信號(hào)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(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)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(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)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(xué)等領(lǐng)域內(nèi) 如高頻感應(yīng)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(hào)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(shí)不能滿足現(xiàn)代復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求 利用多用途專用芯片直接數(shù)字合成設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器成本太高 研究意義 3 信號(hào)發(fā)生器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用國內(nèi)研究狀況我國目前還基本處于傳統(tǒng)儀器與計(jì)算機(jī)化儀器互相分離的狀態(tài) 世界各大相關(guān)的產(chǎn)品商家都在向中國這個(gè)巨大的市場(chǎng)進(jìn)軍 結(jié)合我們的實(shí)際情況 我們必須走引進(jìn)與自行開發(fā)相結(jié)合的道路 2 信號(hào)發(fā)生器國外研究狀況信號(hào)發(fā)生器技術(shù)在發(fā)達(dá)國家的推廣應(yīng)用也是十分普及 不僅在電子測(cè)量領(lǐng)域 過程控制領(lǐng)域 包括人們生活的其它許多領(lǐng)域 利用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的測(cè)量與控制系統(tǒng)的例子也很多 波形發(fā)生電路圖 方波發(fā)生器電路圖 如圖所示電路 設(shè)在接通電源的時(shí)刻 電容器兩端電壓為0 兩輸出電壓相等 此時(shí)電壓U0 Uz通過R1向C充電 使運(yùn)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(shí)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(fù)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(hào)波形的關(guān)系可知 當(dāng)RC積分電路的輸入信號(hào)為方波時(shí) 輸出信號(hào)就是三角波 由此可得 利用方波信號(hào)發(fā)生器和RC積分電路就可以組成三角波信號(hào)發(fā)生器 工作原理 方波信號(hào)發(fā)生器輸出的方波 圖中A1等還可構(gòu)成同相滯回比較器 A2和R4 C等組成反相積分電路 信號(hào)輸入積分電路 在積分電路的輸出端得到三角波信號(hào) 積分電路的輸出端除了輸出三角波信號(hào)外 并通過電阻R1將三角波信號(hào)反饋到滯回電壓比較器的輸入端 將三角波信號(hào)整形變換成方波信號(hào)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(luò)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(bǔ)償 但A比3大得多了會(huì)導(dǎo)致輸出正弦波形變差 起振條件為Av 3 電路實(shí)物設(shè)計(jì)和元件器選擇 為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求 將在原有方波 三角波和正弦波的電路基礎(chǔ)上增加一級(jí)放大器MC4558CD 以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)和 輸出阻抗為50 右圖為方波行信號(hào)發(fā)生器的實(shí)物連接電路圖 續(xù)表1 上圖為正弦波和三角波信號(hào)發(fā)生實(shí)物電路圖 電路元器件和參數(shù)選擇 1 運(yùn)算放大器的選擇 根據(jù)指標(biāo)要求 這里主要考慮雙電源 通用 無需調(diào)零型的運(yùn)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(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào) 應(yīng)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 10k R5 4 7k 的電位器 5 由于三角波是由方波電路進(jìn)行積分得來的 所以只需在方波電路原基礎(chǔ)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(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出頻率 將兩個(gè)波形發(fā)生器整合做出一個(gè)完整的信號(hào)發(fā)生器 其中K1連接C1時(shí)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(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的測(cè)試 可以很方便的在仿真模式下觀測(cè)電路下設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器的具體工作流程 并加以多方面的調(diào)試 信號(hào)發(fā)生器的實(shí)際制作 1 制作過程 根據(jù)設(shè)計(jì)的指標(biāo)購買元器件并進(jìn)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(jià)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(gè)電路的誤差 同時(shí)由于貨源的問題本設(shè)計(jì)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(huì)造成一定的誤差但不大 2 實(shí)際布局中 由于采用專門的集成芯片 所以整個(gè)電路的元器件比較少 這樣有利于整個(gè)電路的布局 為了以后的檢查和修改 應(yīng)盡量使元器件之間的間隔較大 盡量減少導(dǎo)線的使用 并且盡量使用比較細(xì)的導(dǎo)線 最好使用專用的高溫導(dǎo)線 電子電路的組裝和調(diào)試 1 電路組裝 在實(shí)驗(yàn)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(fù)利用率組裝電路時(shí)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(gè)電路安裝完畢 實(shí)行一次性調(diào)試 這種方法適于定型產(chǎn)品 第三種是整機(jī)聯(lián)調(diào) 結(jié)論 第一章講述了信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展趨勢(shì)和其發(fā)展前景 并提出了設(shè)計(jì)指標(biāo) 第二章中提出了四個(gè)設(shè)計(jì)方案并決定運(yùn)用方案二進(jìn)行實(shí)際制作 在第二章的第二節(jié)中設(shè)計(jì)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(duì)三種電路進(jìn)行了參數(shù)確定與論證比較 第三章中設(shè)計(jì)了三種波的實(shí)物電路 在將二種發(fā)生器進(jìn)行整合合并之后做出了一個(gè)整體的信號(hào)發(fā)生器的實(shí)物電路 最后對(duì)電路進(jìn)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(jìn)的信號(hào)發(fā)生器 以MAX308芯片為核心制作的信號(hào)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(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一種簡單可行的信號(hào)發(fā)生器 可以正確輸出設(shè)計(jì)指標(biāo)中要求的三種波形本方案制作的信號(hào)發(fā)生器能很好完成設(shè)計(jì)指標(biāo)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(hào) 調(diào)節(jié)方式也不夠靈活 頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié) 信號(hào)發(fā)生器的研究還處于發(fā)展新興階段 有待于進(jìn)一步改進(jìn)和研究 把信號(hào)發(fā)生和數(shù)據(jù)采集集成在一起 利用網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行控制和處理 并且在軟硬件的升級(jí)方面有很大的改善空間和靈活性 謝謝 再見