第一篇：基于DDS芯片AD9850的全數(shù)控函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
基于DDS芯片AD9850的全數(shù)控函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
龍安國
(永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 永州 425006)0 引言
http://004km.cn/xsj07/xsj091134.asp 信號源是電子產(chǎn)品測量與調(diào)試、部隊(duì)設(shè)備技術(shù)保障等領(lǐng)域的基本電子設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和測量技術(shù)的進(jìn)步，普通的信號發(fā)生器已無法滿足目前日益發(fā)展的電子技術(shù)領(lǐng)域的生產(chǎn)調(diào)試需要。而DDS技術(shù)是一種新興的直接數(shù)字頻率合成技術(shù)，具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、切換相位連續(xù)、輸出信號相位噪聲低、可編程、全數(shù)字化易于集成、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因而在雷達(dá)及通信等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
本文提出的采用DDS作為信號發(fā)生核心器件的全數(shù)控函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計(jì)方案，根據(jù)輸出信號波形類型可設(shè)置、輸出信號幅度和頻率可數(shù)控、輸出頻率寬等要求，選用了美國A／D公司的AD9850芯片，并通過單片機(jī)程序控制和處理AD9850的32位頻率控制字，再經(jīng)放大后加至以數(shù)字電位器為核心的數(shù)字衰減網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)了信號幅度、頻率、類型以及輸出等選項(xiàng)的全數(shù)字控制。該函數(shù)信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
本系統(tǒng)主要由單片機(jī)、DDS直接頻率信號合成器、數(shù)字衰減電路、真有效值轉(zhuǎn)換模塊、A／D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字積分選擇電路等部分組成。DDS的基本原理
直接數(shù)字頻率合成器(Derect Digital Synthesizer)是從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種頻率合成技術(shù)。一個(gè)直接數(shù)字頻率合成器通常由相位累加器、加法器、波形存儲ROM、D／A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器(LPF)組成。DDS的組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，K為頻率控制字(也叫相位增量)，P為相位控制字，W為波形控制字，fc為參考時(shí)鐘頻率，N為相位累加器的字長，D為ROM數(shù)據(jù)位及D／A轉(zhuǎn)換器的字長。相位累加器在時(shí)鐘fc的控制下以步長K累加，輸出的N位二進(jìn)制碼與相位控制字P、波形控制字W相加后作為波形ROM的地址來對波形ROM進(jìn)行尋址，波形ROM輸出的D位幅度碼S(n)經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換變成階梯波S(t)后，再經(jīng)過低通濾波器平滑，就可以得到合成的信號波形。由于合成的信號波形取決于波形ROM中存放的幅度碼，因此，用DDS可以合成任意波形。
3硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 DDS信號產(chǎn)生電路
考慮到DDS具有頻率分辨率較高、頻率切換速度快、切換相位連續(xù)、輸出信號相位噪聲低、可編程、全數(shù)字化、易于集成、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，該方案選用美國A／D公司的AD9850芯片，并采用單片機(jī)為核心控制器件來對DDS輸送頻率控制字，從而使DDS輸出相應(yīng)頻率和類型的信號，其DDS信號產(chǎn)生電路如圖3所示。
3硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 DDS信號產(chǎn)生電路
考慮到DDS具有頻率分辨率較高、頻率切換速度快、切換相位連續(xù)、輸出信號相位噪聲低、可編程、全數(shù)字化、易于集成、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，該方案選用美國A／D公司的AD9850芯片，并采用單片機(jī)為核心控制器件來對DDS輸送頻率控制字，從而使DDS輸出相應(yīng)頻率和類型的信號，其DDS信號產(chǎn)生電路如圖3所示。
單片機(jī)與AD9850的接口既可采用并行方式，也可采用串行方式。為了充分發(fā)揮芯片的高速性能和節(jié)約單片機(jī)資源，本設(shè)計(jì)選擇并行方式將AT89S52的P0口經(jīng)74HC373鎖存器擴(kuò)展后接至DDS的并行輸入控制端(D0～D7)。AD9850外接120 MHz的有源晶振，產(chǎn)生的正弦信號經(jīng)低通濾波器(LPF)去掉高頻諧波后即可得到波形良好的模擬信號。這樣，將D／A轉(zhuǎn)換器的輸出信號經(jīng)低通濾波后，接到AD9850內(nèi)部的高速比較器上，即可直接輸出一個(gè)抖動很小的方波。再將方波信號加至積分電路，即可得到三角波信號。另外，也可通過鍵盤編輯任意波形的輸出信號。
3.2鍵盤輸入接口及LCD接口電路
本系統(tǒng)中的數(shù)字輸入設(shè)置電路采用2×8矩陣鍵盤。由于LCD具有顯示內(nèi)容多，電路結(jié)構(gòu)簡單，占用單片機(jī)資源少等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)采用RT1602C型LCD液晶顯示屏來顯示信號的類型、頻率大小和正弦波的峰一峰值，圖4所示是鍵盤輸入及LCD接口電路圖。
同樣，考慮到AT89S52單片機(jī)的IO引腳資源有限，本系統(tǒng)的鍵盤輸入及LCD輸出均通過74HC245連接到AT89S52單片機(jī)的P0端口，從而實(shí)現(xiàn)端口擴(kuò)展和復(fù)用。
3.3信號幅度數(shù)控預(yù)置電路
為了實(shí)現(xiàn)對輸出的正弦模擬信號幅度的數(shù)字控制和預(yù)置，本系統(tǒng)采用了AD811高速運(yùn)放、數(shù)字電位器衰減、真有效值轉(zhuǎn)換、以及A／D轉(zhuǎn)換等電路，具體電路圖如圖5所示。
數(shù)字電位器X9C102是實(shí)現(xiàn)信號幅度數(shù)字可調(diào)的關(guān)鍵器件。真有效值轉(zhuǎn)換模塊AD637主要負(fù)責(zé)信號的TRMS／DC轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)TLC2453模數(shù)轉(zhuǎn)換向單片機(jī)輸送正比于正弦波信號幅度的數(shù)字量，以便單片機(jī)輸出合適的幅值控制指令。
3.4積分電容自動切換控制電路
三角波是常用信號之一，本系統(tǒng)采用RC積分電路將方波信號轉(zhuǎn)換成三角波。由于信號頻率很寬(低頻達(dá)1 Hz以下，高頻達(dá)60 MHz以上)，為了完成不同頻段的線性積分，需要不同的積分電容(10pF、100pF、1 nF、10nF、100nF、1 μF、10 μF、100μF)。基于數(shù)控和自動切換的需要，本系統(tǒng)采用如圖6所示的CD4051八選一電路。
CD4051的八選一控制信號來源于AT89S52的P0～P3接口，74HC373P也是考慮復(fù)用P0端口而設(shè)置的。AD9850輸出的方波經(jīng)積分電路轉(zhuǎn)換為三角波后，經(jīng)AD811高速運(yùn)放可提高其負(fù)載能力。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1 主程序
主程序可控制整個(gè)系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)的初始化、顯示、運(yùn)算、鍵盤掃描、頻率控制、幅度控制等子程序，其主程序流程如圖7所示。
初始化可將系統(tǒng)設(shè)定為默認(rèn)工作狀態(tài)，然后通過掃描鍵盤來判斷是否有按鍵按下以確定用戶要執(zhí)行的任務(wù)，同時(shí)通過判斷23H.4、20H.1、20H.0各功能標(biāo)志位來確定應(yīng)完成的功能。當(dāng)23H.4=1時(shí)，計(jì)算頻率值系統(tǒng)工作在頻率計(jì)方式下；當(dāng)20H.1=1時(shí)，檢測峰峰值系統(tǒng)將檢測輸出信號的峰峰值：而當(dāng)20H.0=1時(shí)．則更新LCD顯示內(nèi)容，當(dāng)執(zhí)行完后返回鍵盤掃描程序并以此循環(huán)。各功能標(biāo)志位均由鍵盤、峰峰值檢測和定時(shí)程序等控制，從而實(shí)現(xiàn)各種功能。
4.2鍵盤掃描子程序
鍵盤掃描子程序如圖8所示。因按鍵較多。本系統(tǒng)采用2×8行列式鍵盤來節(jié)約I／O口，并用程序把8根列線全部拉低，再判斷2根行線是否有低電平，如果沒有，說明沒有按鍵被按下，系統(tǒng)則退出鍵盤掃描程序，否則，依次拉低列線，然后依次判斷行線是否有低電平并判斷鍵號，鍵號確定后再轉(zhuǎn)到鍵號相對應(yīng)的功能程序去執(zhí)行。鍵盤主要方便用戶設(shè)置頻率、幅度、選擇工作方式等功能。
4.3 信號頻率數(shù)字預(yù)置子程序
信號頻率的數(shù)字控制程序流程如圖9所示。該部分程序主要用于將鍵盤輸入值轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后產(chǎn)生相應(yīng)的頻率控制字并送至DDS芯片，以改變DDS的相位增量，最終輸出相應(yīng)頻率信號。結(jié)束語
通過嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)測試證明，本系統(tǒng)采用DDS完全可以實(shí)現(xiàn)輸出信號類型的選擇設(shè)置、信號頻率數(shù)字預(yù)置、信號幅度數(shù)字步進(jìn)可調(diào)等功能，是一種輸出信號頻率覆蓋寬(0.023 Hz～40 MHz)、信號源分辨率高、波形失真小、全數(shù)控型函數(shù)信號發(fā)生器。具有一定的實(shí)用開發(fā)價(jià)值。
第二篇：DDS函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)
DDS函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)、仿真及下載
一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
① 利用DDS（Direct DIgital Frequency Synthesis，即直接數(shù)字頻率合成）技術(shù)產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波，三角波和方波輸出，輸出頻率為10~1000kHz且頻率可調(diào)，步進(jìn)為10Hz，1kHz，10kHz，100kHz。
② 用VerilogHDL進(jìn)行建模和模擬仿真，再利用FPGA進(jìn)行實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。
③ 下載到DE0板上利用VGA端口的一個(gè)四位孔進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換顯示在示波器上。
二、實(shí)驗(yàn)原理
一個(gè)直接數(shù)字頻率合成器由相位累加器、波形ROM、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器構(gòu)成。DDS的原理框圖如下所示：
圖 1 直接數(shù)字頻率合成器原理圖
其中K為頻率控制字，fc為時(shí)鐘頻率，N為相位累加器的字長，D為ROM數(shù)據(jù)位及D/A轉(zhuǎn)換器的字長。相位累加器在時(shí)鐘 fc的控制下以步長K作為累加，輸出N位二進(jìn)制碼作為波形ROM的地址，對波形ROM進(jìn)行尋址，波形ROM輸出的幅碼S（n）經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變成梯形波S（t）,再經(jīng)低通濾波器平滑后就可以得到合成的信號波形了。合成的信號波形形狀取決于波形ROM中存放的幅碼，因此用DDS可以產(chǎn)生任意波形。【來自百度】
本設(shè)計(jì)中直接利用DE0開發(fā)板通過D/A轉(zhuǎn)換得到輸出波形，省略了低通濾波器這一環(huán)節(jié)。
DDS工作流程示意圖：
DDS的具體實(shí)現(xiàn)框圖：
三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：
1、相位累加器和數(shù)據(jù)鎖存器的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)采用模24的二進(jìn)制累加器和寄存器，其中累加器和寄存器在一個(gè)模塊中，只取鎖存數(shù)據(jù)的高十位作為查表的地址值。//地址計(jì)數(shù)器模塊；
module counter(clk,fre_word,address);input clk;
//聲明系統(tǒng)時(shí)鐘為clk
input [23:0] fre_word;
//聲明24為頻率控制字
output reg [9:0] address;
reg [23:0] phaseadder;always @(posedge clk)begin
phaseadder=phaseadder+fre_word;address=phaseadder[23:14];//地址取輸出鎖存后十位（對應(yīng)波形為一個(gè)周期取1024點(diǎn)）
end endmodule2、波形存儲器設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)要求DDS系統(tǒng)能輸出方波、三角波及正弦波三種波形。可以調(diào)用FPGA的LPM_ROM模塊制作三張ROM表，地址計(jì)數(shù)器可以同時(shí)訪問這三張表，再使用數(shù)據(jù)選擇器輸出指定波形。實(shí)際上，方波，三角波的實(shí)現(xiàn)算法比較簡單，所以只把正弦波的算法用ROM實(shí)現(xiàn)。//方波產(chǎn)生模塊
module squwave(clk,address,qsquare);
input clk;
//系統(tǒng)時(shí)鐘;input [9:0] address;
//10位地址輸入信號；
output reg [7:0] qsquare;//輸出方波幅度信號8位寬送至DAC
always @(posedge clk)
if(address<=10'b01_1111_1111)qsquare[7:0]=8'b1111_1111;else qsquare[7:0]=8'b0000_0000;endmodule
//三角波產(chǎn)生模塊
module triawave(clk,address,qtriangle);input clk;
input [9:0] address;output reg [7:0] qtriangle;always @(posedge clk)begin if(address<=10'b01_1111_1111)qtriangle[7:0]=address[8:1];else qtriangle[7:0]=~address[8:1];end endmodule
//正弦波形文件制作（C語言）#include
s=128+sin(atan(1.0)*8/1024*i)*127;
fprintf(fp,“%xt:t%x;n”);} fprintf(fp,“END;n”);fclose(fp);} 生成mif格式文件，然后可以調(diào)用LPM_ROM模塊實(shí)現(xiàn)正弦波產(chǎn)生模塊。
3、波形的綜合輸出
DDS系統(tǒng)中產(chǎn)生了三種波形，但是在每種情況下只輸出一種波形，因此要設(shè)計(jì)一個(gè)多路選擇器完成這種功能。輸出何種波形由外部開關(guān)控制。//boxing.v module boxing(clk,address,wavemode,wavevalue);
input clk;
input [1:0] wavemode;
//波形模式信號
input [9:0] address;
//十位地址輸入信號
output [7:0] wavevalue;
//對應(yīng)不同的波形輸出
reg [7:0] wavevalue;wire [7:0] q,qsquare,qtriangle;sinwave a(address,clk,q);
//調(diào)用正弦波產(chǎn)生模塊
squwave b(clk,address,qsquare);//調(diào)用方波產(chǎn)生模塊
triawave c(clk,address,qtriangle);//調(diào)用三角波產(chǎn)生模塊 always @(posedge clk)case(wavemode)2'b01:wavevalue=q;//01代表正弦波
2'b10:wavevalue=qsquare;
//10代表方波
2'b11:wavevalue=qtriangle;
//11代表三角波
endcase endmodule
4、工作模式控制模塊的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)包括了開關(guān)模塊和工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊。先將開關(guān)調(diào)好狀態(tài)，每按一次鍵程序根據(jù)所選狀態(tài)進(jìn)行工作。（由于DE0板上時(shí)鐘為50MHz則變化較快，所以增加一個(gè)控制鍵，工程模式狀態(tài)由此鍵控制。）//控制模塊
module control(clk1,keyin,wavemode,length,single_state,single_frc);
input [3:0] keyin;
//四位狀態(tài)信號輸入
input clk1;
//按鍵控制狀態(tài)的輸入
input [1:0]single_state;
//輸入的波形模式信號
input [1:0]single_frc;
//頻率及步進(jìn)控制信號
output reg [1:0] wavemode;
//波形模式輸出信號
output reg [23:0] length;
//輸出波形控制字
reg [3:0] key;
always @(posedge clk1)
begin
key=keyin;case(key)4'b0001: begin wavemode=2'b01;length=24'd3;end
4'b0010: begin case(single_state)
2'b01:wavemode=2'b01;
2'b10:wavemode=2'b10;
2'b11:wavemode=2'b11;
default: begin wavemode=2'b01;end
endcase
end
4'b0100: begin case(single_frc)
1:length=24'd3;
//10~10kHz
2:length=24'd3355;//10kHz~100kHz
3:length=24'd33554;//100kHz~2000kHz
default: begin length=24'd671088;end //大于2000kHz
endcase
end
4'b1000: begin case(single_frc)
0:length=length+24'd33554;
//步進(jìn)為100kHz
1:length=length+24'd3;
//
10Hz
2:length=length+24'd336;
//
1kHz
3:length=length+24'd3355;//
10kHz
endcase
end
endcase
end
endmodule
5、DDS函數(shù)信號發(fā)生器頂層設(shè)計(jì)
頂層文件是將上述幾個(gè)模塊聯(lián)系在一起就可以得到DDS核心實(shí)現(xiàn)模塊。//頂層文件
module dds(clk,clk1,keyin,wavevalue,single_state,single_frc);input clk,clk1;
//系統(tǒng)時(shí)鐘和控制按鍵
input [3:0] keyin;
//四位狀態(tài)輸入信號
input [1:0]single_frc;
//頻率及步進(jìn)輸入模式信號
input [1:0]single_state;
//波形選擇開關(guān)
output [7:0] wavevalue;
//輸出波形信號
wire [9:0] address;
wire [1:0] wavemode;wire [23:0] length;control u1(clk1,keyin,wavemode,length,single_state,single_frc);//調(diào)用其他三個(gè)模塊
counter u2(clk,length,address);boxing u3(clk,address,wavemode,wavevalue);endmodule
五、實(shí)驗(yàn)操作
操作軟件QuartusII9.1及Modelsim，這兩種軟件的用法在此不再細(xì)談。下載后示波器顯示如下：
六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)：
做完這次實(shí)驗(yàn)，我感覺DDS對于我們這些初學(xué)者來說一時(shí)很難接受，但是我們需要通過自己以及他人的見解來不斷消化知識，一點(diǎn)一點(diǎn)去理解。最后做出來波形的時(shí)候確實(shí)很高興，這是對我們這幾天的學(xué)習(xí)的肯定，以后還要不斷的去學(xué)習(xí)去理解FPGA以及VerilogHDL，堅(jiān)持不懈，不管它有多難。
第三篇：函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計(jì)
函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求
⑴ 設(shè)計(jì)并制作能產(chǎn)生正弦波、矩形波（方波）和三角波（鋸齒波）的函數(shù)發(fā)生器，本信號發(fā)生器可以考慮用專用集成芯片（如5G8038等）為核心實(shí)現(xiàn)。⑵ 信號頻率范圍： 1Hz∽100kHz；
⑶ 頻率控制方式：
① 手控通過改變RC參數(shù)實(shí)現(xiàn)；
② 鍵控通過改變控制電壓實(shí)現(xiàn)；
③ 為能方便地實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，建議將頻率分檔；
⑷ 輸出波形要求
① 方波上升沿和下降沿時(shí)間不得超過200nS，占空比在48%∽50%之間；② 非線性誤差≤2%；
③ 正弦波諧波失真度≤2%；
⑸ 輸出信號幅度范圍：0∽20V；
⑹ 信號源輸出阻抗：≤1Ω；
⑺ 應(yīng)具有輸出過載保護(hù)功能；
⑻ 具有數(shù)字顯示輸出信號頻率和電壓幅值功能。
第四篇：低頻函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)報(bào)告
課程名稱：
電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)
指導(dǎo)老師：
周箭
成績：
實(shí)驗(yàn)名稱：低頻函數(shù)信號發(fā)生器（預(yù)習(xí)報(bào)告）實(shí)驗(yàn)類型：
同組學(xué)生姓名：
一、課題名稱
低頻函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計(jì)
二、性能指標(biāo)
（1）同時(shí)輸出三種波形：方波，三角波，正弦波；（2）頻率范圍：10Hz～10KHz；
（3）頻率穩(wěn)定性：（4）頻率控制方式：
① 改變RC時(shí)間常數(shù)；
； ② 改變控制電壓V1實(shí)現(xiàn)壓控頻率，常用于自控方式，即F=f（V1），（V1=1～10V）； ③ 分為10Hz～100Hz，100Hz～1KHz，1KHz～10KHz三段控制。
（5）波形精度：方波上升下降沿均小于2μs，三角波線性度δ/Vom<1%，正弦波失真度
；
（6）輸出方式：
a)做電壓源輸出時(shí)
輸出電壓幅度連續(xù)可調(diào)，最大輸出電壓不小于20V 負(fù)載RL=100Ω～1KΩ時(shí)，輸出電壓相對變化率ΔVO/VO<1% b)做電流源輸出時(shí)
輸出電流幅度連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流不小于200mA 負(fù)載RL=0Ω～90Ω時(shí)，輸出電流相對變化率ΔIO/IO<1% c)做功率源輸出時(shí)
最大輸出功率大于1W（RL=50Ω，VO>7V有效值）具有輸出過載保護(hù)功能
三、方案設(shè)計(jì)
根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的要求，對信號產(chǎn)生部分，一般可采用多種實(shí)現(xiàn)方案：如模擬電路實(shí)現(xiàn)方案、數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)方案、模數(shù)結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方案等。
數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)方案
一般可事先在存儲器里存儲好函數(shù)信號波形，再用D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行逐點(diǎn)恢復(fù)。這種方案的波形精度主要取決于函數(shù)信號波形的存儲點(diǎn)數(shù)、D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度、以及整個(gè)電路的時(shí)序處理等。其信號頻率的高低，是通過改變D/A轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量的速率來實(shí)現(xiàn)的。
數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)方案在信號頻率較低時(shí)，具有較好的波形質(zhì)量。隨著信號頻率的提高，需要提高數(shù)字量輸入的速率，或減少波形點(diǎn)數(shù)。波形點(diǎn)數(shù)的減少，將直接影響函數(shù)信號波形的質(zhì)量，而數(shù)字量輸入速率的提高也是有限的。因此，該方案比較適合低頻信號，而較難產(chǎn)生高頻（如>1MHz）信號。
模數(shù)結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方案
一般是用模擬電路產(chǎn)生函數(shù)信號波形，而用數(shù)字方式改變信號的頻率和幅度。如采用D/A轉(zhuǎn)換器與壓控電路改變信號的頻率，用數(shù)控放大器或數(shù)控衰減器改變信號的幅度等，是一種常見的電路方式。
模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案
是指全部采用模擬電路的方式，以實(shí)現(xiàn)信號產(chǎn)生電路的所有功能。由于教學(xué)安排及課程進(jìn)度的限制，本實(shí)驗(yàn)的信號產(chǎn)生電路，推薦采用全模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案。
模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案有幾種：
①用正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信號，然后用過零比較器產(chǎn)生方波，再經(jīng)過積分電路產(chǎn)生三角波。但要通過積分器電路產(chǎn)生同步的三角波信號，存在較大的難度。原因是積分電路的積分時(shí)間常數(shù)通常是不變的，而隨著方波信號頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度將同時(shí)改變。若要保持三角波輸出幅度不變，則必須同時(shí)改變積分時(shí)間常數(shù)的大小，要實(shí)現(xiàn)這種同時(shí)改變電路參數(shù)的要求，實(shí)際上是非常困難的。
② 由三角波、方波發(fā)生器產(chǎn)生三角波和方波信號，然后通過函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將三角波信號轉(zhuǎn)換成正弦波信號，該電路方式也是本實(shí)驗(yàn)信號產(chǎn)生部分的推薦方案。這種電路在一定的頻率范圍內(nèi)，具有良好的三角波和方波信號。而正弦波信號的波形質(zhì)量，與函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的形式有關(guān)，這將在后面的單元電路分析中詳細(xì)介紹。
四、單元電路分析
1、三角波，方波發(fā)生器
由于比較器+RC電路的輸出會導(dǎo)致VC線性度變差，故采用另一種比較器+積分器的方式
積分器
同相滯回比較器
由積分器A1與滯回比較器A2等組成的三角波、方波發(fā)生器電路如圖所示。在一般使用情況下，V+1和V-2都接地。只有在方波的占空比不為50%，或三角波的正負(fù)幅度不對稱時(shí)，可通過改變V+1和V-2的大小和方向加以調(diào)整。
合上電源瞬間，假定比較器輸出為低電平，vO2=VOL=-VZ。積分器作正方向積分，vO1線性上升，vp隨著上升，當(dāng)vp>0時(shí)，即vo1≥R2/R3*,比較器翻轉(zhuǎn)為高電平，vO2=VOH=+VZ。積分器又開始作負(fù)方向積分，vO1線性下降，vp隨著下降，當(dāng)vp<0時(shí)，即vo1≥R2/R3*,比較器翻轉(zhuǎn)為低電平，vO2=VOH=-VZ。
取C三種值:0.1uF 對應(yīng)10-100Hz； 0.01uF 對應(yīng)100-1kHz； 0.001uF 對應(yīng)1k-10kHz。調(diào)節(jié)R23的比值可調(diào)節(jié)幅度，再調(diào)節(jié)R，可調(diào)節(jié)頻率大小。
2、正弦波轉(zhuǎn)換電路 常用方法有使用傅里葉展開的濾波法，使用冪級數(shù)展開的運(yùn)算法，和轉(zhuǎn)變傳輸比例的折線法。但前二者由于其固有的缺陷：使用頻率小，難以用電子電路實(shí)現(xiàn)的原因，在本實(shí)驗(yàn)中舍棄，而采取最普遍的折線法。
折線法是一種使用最為普遍、實(shí)現(xiàn)也較簡單的正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換方法。折線法的轉(zhuǎn)換原理是，根據(jù)輸入三角波的電壓幅度，不斷改變函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的傳輸比率，也就是用多段折線組成的電壓傳輸特性，實(shí)現(xiàn)三角函數(shù)到正弦函數(shù)的逼近，輸出近似的正弦電壓波形。由于電子器件（如半導(dǎo)體二極管等）特性的理想性，使各段折線的交界處產(chǎn)生了鈍化效果。因此，用折線法實(shí)現(xiàn)的正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，實(shí)際效果往往要優(yōu)于理論分析結(jié)果。
用折線法實(shí)現(xiàn)正弦函數(shù)的轉(zhuǎn)換，可采用無源和有源轉(zhuǎn)換電路形式。無源正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，是指僅使用二極管和電阻等組成的轉(zhuǎn)換電路。根據(jù)輸入三角波電壓的幅度，不斷增加（或減少）二極管通路以改變轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的衰減比，輸出近似的正弦電壓波形。
有源正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路除二極管、電阻網(wǎng)絡(luò)外，還包括放大環(huán)節(jié)。也是根據(jù)輸入三角波電壓的幅度，不斷增加（或減少）網(wǎng)絡(luò)通路以改變轉(zhuǎn)換電路的放大倍數(shù)，輸出近似的正弦電壓波形。
有
源
正
弦
函
數(shù)
若設(shè)正弦波在過零點(diǎn)處的斜率與三角波斜率相同，即
則有，由此，可推斷出各斷點(diǎn)上應(yīng)校正到的電平值：
方案一，使用二極管控制形成比例放大器，使得運(yùn)放在不同時(shí)間段有不同的比例系數(shù)
方案二，用二極管網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)逐段校正，運(yùn)放A組成跟隨器，作為函數(shù)轉(zhuǎn)換器與輸出負(fù)載之間的隔離（或稱為緩沖級）。
當(dāng)輸入三角波在T/2 內(nèi)設(shè)置六個(gè)斷點(diǎn)以進(jìn)行七段校正后，可得到正弦波的非線性失真度大致在1.8 % 以內(nèi)，若將斷點(diǎn)數(shù)增加到12 個(gè)時(shí)，正弦波的非線性失真度可在0.8 %以內(nèi)。3 輸出級電路 根據(jù)不同負(fù)載的要求，輸出級電路可能有三種不同的方式。
(1)電壓源輸出方式
電壓源輸出方式下，負(fù)載電阻RL通常較大，即負(fù)載對輸出電流往往不提出什么要求，僅要求有一定的輸出電壓。同時(shí)，當(dāng)負(fù)載變動時(shí)，還要求輸出電壓的變化要小，即要求輸出級電路的輸出電阻RO足夠小。為此，必須引入電壓負(fù)反饋
圖（a）電路的最大輸出電壓受到運(yùn)放供電電壓值的限制，如運(yùn)放的VCC 和VEE 分別為±15V時(shí)，則VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的輸出電壓幅度，必須采用電壓擴(kuò)展電路，如圖12（b）所示。
(2)電流源輸出方式
在電流源輸出方式下，負(fù)載希望得到一定的信號電流，而往往并不提出對輸出信號電壓的要求。同時(shí)，當(dāng)負(fù)載變動時(shí)，還要求輸出電流基本恒定，即要求有足夠大的輸出電阻Ro。為此，需引入電流負(fù)反饋。
圖（a）電路的最大輸出電壓受到運(yùn)放供電電壓值的限制，如運(yùn)放的VCC 和VEE 分別為±15V時(shí)，則VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的輸出電壓幅度，必須采用電壓擴(kuò)展電路，如圖（b）所示。
a）為一次擴(kuò)流電路，T1 和T2 組成互補(bǔ)對稱輸出。運(yùn)放的輸出電流IA中的大部分將
圖（作為T1、T2 的基極電流，所以IO = βIA。圖（b）為二次擴(kuò)流電路，用于要求負(fù)載電流IO 較大的場合。復(fù)合管T1、T2和T3、T4 組成準(zhǔn)互補(bǔ)對稱輸出電路。
(3)功率輸出方式
在功率輸出方式下，負(fù)載要求得到一定的信號功率。由于晶體管放大電路電源電壓較低，為得到一定的信號功率，通常需配接阻值較小的負(fù)載。電路通常接成電壓負(fù)反饋形式。如用運(yùn)放作為前置放大級，還必須進(jìn)行擴(kuò)流。當(dāng)RL較大時(shí)，為滿足所要求的輸出功率，有時(shí)還必須進(jìn)行輸出電壓擴(kuò)展。
靜態(tài)時(shí)，運(yùn)放輸出為零，– 20V電源通過下列回路：運(yùn)放輸出端→R1 →DZ →b1 →e1 → –20V 向T1 提供一定的偏置電流 R6 ,C3 和R7 ,C4 組成去耦濾波電路。需要注意的是幾個(gè)晶體管的耐壓限流以及最大功率值。
其中調(diào)節(jié)W可改變晶體管的靜態(tài)工作電流，從而克服交越失真。
4)輸出級的限流保護(hù) 由于功率放大器的輸出電阻很小，因而容易因過載而燒壞功率管。因此需要進(jìn)行限流保護(hù)。
圖（a）是一種簡單的二極管限流保護(hù)電路，當(dāng)發(fā)生過流（I o過大）時(shí)，R3、R4 上的壓降增大到足以使D3、D4 導(dǎo)通，從而使流向T1、T2 基極的電流信號I1、I2 分流，以限制I o 的增大。
圖（b）是另一種限流保護(hù)電路，T3、T4 是限流管。當(dāng)I o 過大，R5、R6 上的壓降超過0.6V時(shí)，T3、T4 導(dǎo)通防止了T1、T2 基極信號電流的進(jìn)一步增大。I o 的最大值為 0.6/R5，R3、R4 用來保護(hù)限流管T3、T4。
五、仿真分析
以1KHz為例即C=1nF
三角波方波發(fā)生電路
方波下降沿時(shí)間4.3μs
三角波峰值
改變RP2
改變RP1
調(diào)節(jié)占空比
調(diào)節(jié)偏移量
正弦波轉(zhuǎn)換器
三角波轉(zhuǎn)換正弦波，三角波放大后輸出峰峰值10V
靜態(tài)工作點(diǎn)
改變靜態(tài)工作點(diǎn)（調(diào)節(jié)RP45）發(fā)生失真
功率放大電路
功率放大波形，輸入為之前的正弦波，變阻器衰減后最大不失真輸出電壓
總電路圖，模塊形式
衰減前的輸入信號與輸出信號
由仿真結(jié)果來看，基本滿足設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)備按仿真電路設(shè)計(jì)實(shí)際電路。
六、仿真心得
在仿真的過程中出現(xiàn)了一下幾個(gè)問題，但后來都分別排查掉了，希望實(shí)際連接時(shí)不再犯。
1、運(yùn)放未接電源導(dǎo)致沒有波形
2、變阻器接入阻止過小或過大導(dǎo)致沒有信號或失真（尤其需要注意）
3、Lm324故障無法解決導(dǎo)致用了LM353代替
第五篇：函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計(jì)論文.
四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 目 錄
前言.....................................................................1 1 函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計(jì)任務(wù)................................................1 1.1 設(shè)計(jì)提議...........................................................1 1.2 方案論證與研究.....................................................1 2 方案設(shè)計(jì)..............................................................2 2.1 項(xiàng)目指標(biāo)...........................................................2 2.1.1 電源參數(shù).......................................................2 2.1.2 工作頻率.......................................................2 2.2 方案比較及選擇.....................................................2 3 設(shè)計(jì)理論..............................................................3 3.1 函數(shù)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)組成...............................................3 3.2 方波信號...........................................................3 如圖3.2-1由運(yùn)算放大器和電容積分電路、Rf組成的，輸出電壓最終反饋到運(yùn)
放反相輸出端，因此積分電路有負(fù)反饋和延遲的作用。........................3 3.3 正弦波信號.........................................................4 3.4 三角波信號.........................................................6 4 RC振蕩電路設(shè)計(jì)........................................................7 5 放大器功率及ICL8038介紹...............................................9 5.1 放大器功率.........................................................9 5.2 ICL8038原理介紹...................................................10 6 致謝..................................................................11 7 總結(jié)及體會............................................................12 附錄1 系統(tǒng)原理圖.......................................................13 附錄2 系統(tǒng)元件清單.....................................................14 附錄3 系統(tǒng)PCB圖.......................................................15 I 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn)................................................................16 II 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計(jì)論文
前言
函數(shù)信號發(fā)生器的制作是以集成塊ICL8038為核心器件，制作的成本也相對較低。是適合學(xué)生學(xué)習(xí)、使用電子技術(shù)測量。ICL8038可以輸出具有多種波形的精
密振蕩集成電路，要想產(chǎn)生從0.001Hz～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號只需要個(gè)別外部元件。輸出波形的占空比和頻率還可以由電阻或電流控制。其次由于此芯片具有調(diào)制信號的輸入端，所以可以用作頻率調(diào)制，針對于低頻信號。
函數(shù)信號發(fā)生器有著不同的用途，其電路中使用的器件是分離器件的可以產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器；而產(chǎn)生正弦波、方波、三角波也有多種方案，是集成器件電路，如先產(chǎn)生正弦波，根據(jù)其周期性內(nèi)部某種確定的函數(shù)關(guān)系，再將正弦波通過整形電路轉(zhuǎn)化為方波，最后三角波通過積分電路形成。也可以先產(chǎn)生方波或三角波，再將方波或三角波轉(zhuǎn)化成正弦波。隨著電子技術(shù)日益發(fā)展，新器材、新材料越發(fā)漸好，隨著期間可選性的增加，函數(shù)信號發(fā)生器開發(fā)出更多的新款式，比如在技術(shù)上很可靠的產(chǎn)生正弦波、三角波、方波的主芯片ICL8038。所以，可以選擇多種多樣的方案，原則上是可行的。1 函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計(jì)任務(wù) 1.1 設(shè)計(jì)提議
產(chǎn)品開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究等領(lǐng)域都的使用函數(shù)信號發(fā)生器，它常用的基本測試信號有鋸齒波和正弦波、矩形波、三角波。常作為時(shí)基電路的鋸齒波信號在示波器等儀器中利用熒光屏顯示圖像。例如，想要通過示波器熒光屏上觀察到被測不失真地信號波形，通過產(chǎn)生鋸齒波電壓使的電子束在水平方向勻速搜出熒光屏。方波，三角波都有著不同的重要作用，而函數(shù)信號發(fā)生器是指一種能自發(fā)的產(chǎn)生方波、正弦波、三角波和鋸齒波階梯波等電壓波形的儀器或電路。因此，提議設(shè)計(jì)一種能產(chǎn)生三角波、正弦波、方波的函數(shù)信號發(fā)生器。1.2 方案論證與研究
函數(shù)信號發(fā)生器用途較多，其電路中使用的器件是分離器件的可以產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器；而產(chǎn)生正弦波、方波、三角波也有多種方案，是集成器件電路，如先產(chǎn)生正弦波，根據(jù)其周期性內(nèi)部某種確定的函數(shù)關(guān)系，再將正弦波通過整形電路轉(zhuǎn)化 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 為方波，最后三角波通過積分電路形成。也可以先產(chǎn)生方波或三角波，再將方波或三角波轉(zhuǎn)化成正弦波。隨著電子技術(shù)日益發(fā)展，新器材、新材料越發(fā)漸好，隨著期間可選性的增加，函數(shù)信號發(fā)生器開發(fā)出更多的新款式，比如在技術(shù)上很可靠的產(chǎn)生正弦波、三角波、方波的主芯片ICL8038。所以，可以選擇多種多樣的方案，原則上是可行的。2 方案設(shè)計(jì)
2.1 項(xiàng)目指標(biāo) 2.1.1 電源參數(shù)
● 輸入：雙電源 +12V、-12v
● 輸出：方波電壓約等于12v，三角波電壓與約等于5v，正弦波電壓大于1v，幅 度可連續(xù)調(diào)，線性失真就會較小。2.1.2 工作頻率
頻率范圍：10HZ～100HZ,100HZ～1000HZ 2.2 方案比較及選擇
方案一：正弦振蕩是由文氏電橋產(chǎn)生，然后得到方波，三角波是方波積分得到的。此方案結(jié)構(gòu)簡單，是一開環(huán)電路，產(chǎn)生的失真較小的正弦波和方波波形①。但于產(chǎn)生三角波則比較有麻煩，因?yàn)轭l率覆蓋系數(shù)要求有1000倍，因此對于1000倍的頻率變化會有積分時(shí)間從而使輸出電壓振幅的1000倍變化。而這是不滿足電路要求的。幅度的穩(wěn)定性幾乎難以達(dá)到要求。并且通過仿真實(shí)驗(yàn)會發(fā)現(xiàn)積分器極易產(chǎn)生線性失真。
方案二：通過芯片ICL8038產(chǎn)生8083集成函數(shù)發(fā)生器。
該集成函數(shù)發(fā)生器是一種用途較多的波形發(fā)生器，可以產(chǎn)生方波、正弦波、三角波和鋸齒波，通過外加的直流電壓進(jìn)行振蕩器調(diào)節(jié)，所以是電壓控制集成信號產(chǎn)生器。由于兩個(gè)電流源控制外接電容C的充、放電電流，所以電容C兩端電壓大小變化與時(shí)間成線形關(guān)系，從而可以輸出理想的三角波波形。8038電路中含正弦波變換器，因此可以將三角波轉(zhuǎn)化成正弦波輸出。另外還可以將三角波轉(zhuǎn)換成方波輸出通過觸發(fā)器。此方案的特點(diǎn)有： ◆ 穩(wěn)定性好而且線性良好；
◆ 易調(diào)頻率，頻帶在幾個(gè)數(shù)量級范圍內(nèi)，可以方便地、連續(xù)地改變頻率大小，而且 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) ◆ 變頻率的同時(shí)，幅度是不會發(fā)生變的；
◆ 不會出現(xiàn)過渡過程，只要接通電源后就會立即產(chǎn)生穩(wěn)定的波形圖； ◆ 方波和三角波在半周期內(nèi)的時(shí)間是線性函數(shù)，容易轉(zhuǎn)換為別的波形。故由此，本次信號設(shè)計(jì)采用的是第二種方案。3 設(shè)計(jì)理論
3.1 函數(shù)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)組成
函數(shù)發(fā)生器是指能夠自動產(chǎn)生方波、正弦波、三角波的電壓波形的儀器或電路?？梢圆捎糜蛇\(yùn)放、分離元件及單片集成函數(shù)發(fā)生器構(gòu)成電路形式。根據(jù)不同的用途，可以產(chǎn)生三種或多種不同波形的函數(shù)發(fā)生器，本次介紹的事不同函數(shù)信號發(fā)生器的方法。
函數(shù)信號發(fā)生器是由正弦波形發(fā)生電路和基礎(chǔ)的非正弦信號發(fā)生電路組合成的。下面我們將分別對方波、正弦波、三角波的發(fā)生進(jìn)行分析，從而使在合成電路時(shí)電路更加的合理。3.2 方波信號
如圖3.2-1由運(yùn)算放大器和電容積分電路、Rf組成的，輸出電壓最終反饋到運(yùn)放反相輸出端，因此積分電路有負(fù)反饋和延遲的作用。
圖3.2-1 運(yùn)算放大電路
電路如圖3.2-2所示，在接通電源時(shí)，電容兩端的電壓為零，且輸出電壓等于UZ，所以運(yùn)放同相輸出端的電壓uP=UzR2=UZF。R1+R2 3 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 此時(shí)uO=UZ向C充電，使運(yùn)放反相端輸入電壓uN不斷上升。在uN小于uP以前，uO=UZ不變。在t=t1時(shí)，uN逐漸上升到略高于uP，使uO從高電平跳到低電平，變?yōu)?UZ。
此時(shí)通過Rf向C充電，使運(yùn)放反相輸入端的電壓uNuP=-UZF，uO=-UZ時(shí)，逐漸增加。在uN大于uP以前，uO=-UZ大小保持不變。在t等于t2時(shí)，uN減小到稍低于uP，則uO從低電平跳到高電平，變?yōu)閁Z，又回到最初狀態(tài)。如此重復(fù)，循環(huán)，從而產(chǎn)生振蕩，并輸出方波。
根據(jù)上面的分析，從而可以畫出如下圖uO與uC的波形：
圖3-2-2 uO與uC的波形
有圖波形，并取適當(dāng)?shù)腞1、R2值，F(xiàn)=R2(R1+R2)，則T=2RfC，得到振蕩頻率為：
3.3 正弦波信號
即又被稱為文氏電橋振蕩器，如圖3-3-1所示其中是由同相運(yùn)放電路組成的A放大器，如圖3.3-1，Av= VoR=(2+1)VdR1f0=11=T2CRf 4 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì)
圖3.3-1 文氏電橋振蕩電路 圖3.3-2 同相運(yùn)放電路
由RC串并聯(lián)組成網(wǎng)絡(luò)F，因?yàn)檫\(yùn)放的輸入阻抗較大，所以輸出阻抗Ro就很小，對網(wǎng)絡(luò)F幾乎沒有影響影響，故忽略不計(jì)，根據(jù)圖3.3-3得 R VfjωRC+1Fv==1RVo++RjωC1+jωRC =R 1(jωRC+1+R)+RjωC=R1j(ωR2C-)+3RωC 5 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 根據(jù)自激振蕩條件： AF =T=1故有AvFv=AvR=1 因此上式中分母12j(ωRC-)+3RωC 中的虛部必須等于零，即 R2Cw-1=0 ωC ?振蕩頻率ω0=1 CR
上式中實(shí)部為1，所以起振條件Av=3 圖3.3-2是同相運(yùn)放，Av=R2+1 須滿足條件2R1=
R2 R1 圖3.3-3 RC串并聯(lián)
3.4 三角波信號
根據(jù)RC的積分電路輸出和輸入信號波形的關(guān)系可得，當(dāng)輸入信號是方波時(shí)，則輸出的信號便是三角波，由此可知，三角波信號發(fā)生器是由RC積分電路和方波信號發(fā)生器組成。下圖3-2-3便是三角波信號發(fā)生器的電路組成。圖中的方波信號發(fā)生器是由A1運(yùn)算放大器組成，RC積分電路是由A2組成。該電路的設(shè)計(jì)原理是：由方波信號發(fā)生器輸出方波。反相積分電路由圖中A1，A2和C、R4等組成。
分析可以畫出uO1和uO的波形，如圖3.4-1所示。6 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì)
圖3.4-1 uO1和uO的波形
電壓uO的上升和下降幅度和時(shí)間變量相等，而且上升和下降的斜率的絕對值大小也相等。三角故波uO峰值為：
Uom= UZR2 R1 4R1R4C R2 則在調(diào)整三角波電路時(shí)，R1或R2應(yīng)被先調(diào)整,使峰值達(dá)到所需要的值，最后再調(diào)整故振蕩周期： T=2(t2-t1)=R4或C，使頻率f0能滿足要求。4 RC振蕩電路設(shè)計(jì)
RC振蕩器電路的設(shè)計(jì)，就是根據(jù)給出的指標(biāo)要求，選擇適合的電路結(jié)構(gòu)形式，并確定和計(jì)算電路中各元件的參數(shù)，在所要求的頻率范圍內(nèi)使它們滿足振蕩的條件，使電路產(chǎn)生正弦波形。RC振蕩器的設(shè)計(jì)的步驟為：
● 根據(jù)已知的指標(biāo)參數(shù)，選擇適合的電路形式?！?計(jì)算并確定電路中的各元件參數(shù)?！?選擇運(yùn)算放大器
● 為滿足電路指標(biāo)要求可通過調(diào)試。四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì)
例如：設(shè)計(jì)一個(gè)振蕩頻為800Hz的RC正弦波振蕩器。設(shè)計(jì)步驟如下: 計(jì)算并確定電路中的各元件參數(shù)?！?RC的值可根據(jù)振蕩器的頻率計(jì)算。RC= ● 確定R和C的值 1=1.99?10-4(s)2πf0
為了使選頻網(wǎng)絡(luò)不受運(yùn)算放大器輸入和輸出電阻的影響。按：Ri >> R >> R0的關(guān)系確定R的值。其中：運(yùn)算放大器同相端的輸入電阻Ri。為運(yùn)算放大器的輸出電阻R0。
當(dāng)R=20kΩ時(shí)，則：
1.99?10-4-7C==0.995?10F 320?10 ● 確定R3和Rf 的值（Rf=R4+Rw+rd//R5)根據(jù)振蕩的振幅條件，Rf應(yīng)大于2R3，取Rf=2.01R3。從而減小波形失真。此外，為了滿足R等于R3并聯(lián)Rf的直流平衡條件，并減小運(yùn)放輸入失調(diào)的影響。
由Rf=2.01R3和R=R3//Rf可求出：
R3= 取整數(shù)值: R3=30k Ω
所以:Rf=2.01R3=2.01?30?103Ω=60.3kΩ.為了是效果更好, Rf與R3的值還可以通過實(shí)驗(yàn)調(diào)整后確定?！?確定其元件值及電路。
電路由R5和接法相反的二極管D1、D2并聯(lián)而成。
二極管D1、D2 應(yīng)選用其元件值硅管，因其溫度穩(wěn)定性較高。當(dāng)然二極管D1、D2的特性必須保持一致，以確保輸出波形的正負(fù)半軸對稱?！?R2與R5確定
由于二極管的非線性會導(dǎo)致波形失真，因此，可在二極管的兩端并上一個(gè)阻值與rd相近的電阻R5。用來減小非線性失真，然后再經(jīng)過調(diào)整，達(dá)到最好效果。便可確定R5，再計(jì)算出R2。為了是效果更加明顯,電阻 R2可用50kΩ電阻和40 kΩ的電位器串聯(lián)。● 運(yùn)放型號的選擇
運(yùn)放選擇，要求輸入高阻、輸出低阻，而且滿足增益帶寬積：Auo? BW 大于3fo 的 3.13.1?20?103=29.8?103Ω R =2.012.01 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì)
條件。因?yàn)閒o=800Hz，所以選擇μA741集成運(yùn)算放大器。5 放大器功率及ICL8038介紹 5.1 放大器功率
由多級放大器組成的便是電子電路。在工作過程中，電壓放大是由小信號放大電路對輸入信號進(jìn)行的，再通過功率放大電路將功率放大，以便于控制或驅(qū)動負(fù)載電路工作。功率放大器就是以功率放大為目的的電路。低頻功率放大器也稱為功率放大器，是能使低頻信號功率放大的放大器。
如圖5.1-1 OTL 低頻功率放大器所示。其中由晶體三極管T1組成前置放大級（也稱推動級），T2、T3是一組參數(shù)對稱的PNP和NPN型晶體三極管，它們組成OTL功放電路。射極輸出器形式是由每一個(gè)管子接成的，因此輸出電阻低，負(fù)載能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合功率輸出級。甲類狀態(tài)由T1管工作，此集電極電流IC1是通過電位器RW1進(jìn)行調(diào)節(jié)。IC1 的一部分流經(jīng)二極管D及電位器RW2，給T2、T3提供電壓。通過調(diào)節(jié)RW2，可以使T2、T3在甲、乙類狀態(tài)得到合適的靜態(tài)電流，以克服失的一端，因此可在電路中引入交、直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋，一方面改善了非線性失真，同時(shí)也能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。R和C2構(gòu)成用于提高輸出電壓正半周的幅度自舉電路，從而得到較大的動態(tài)范圍。C2和R 構(gòu)成自舉電路，用于提高輸出電壓正半周的幅度，以得到大的動態(tài)范圍。主要性能指標(biāo)是OTL 電路。
在輸出功率P0m的最大不失真理想情況下，在實(shí)驗(yàn)中可測量RL 兩端的電壓有效值通過計(jì)算來得實(shí)際的
其中由晶體三極管T1組成前置放大級（也稱推動級），T2、T3是一對參數(shù)對稱的NPN和PNP型晶體三極管，互補(bǔ)推挽的OTL功放電路就由它們組成。由于射極輸出器形式是每一個(gè)管子連接成的，因此具有輸出低電 阻，負(fù)載能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合作用于功率輸出級。甲類狀態(tài)T1管工作，通過調(diào)節(jié)電位器RW1來調(diào)節(jié)它的集電極電流IC1。IC1 的一部分流經(jīng)二極管D及電位器RW2，給T2、T3提供偏電壓。為甲、乙類狀態(tài)在T2、T3得到合適的靜態(tài)電流，可通過調(diào)節(jié)RW2來實(shí)現(xiàn)，從而又由于RW1的一端接在A點(diǎn)，因此在電路中引入交、直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋，一方面能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，同時(shí)也改善了非線性失真。9 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì)
圖5.1-1 OTL 功率放大器實(shí)驗(yàn)電路 5.2 ICL8038原理介紹
芯片ICL8038是單片集成函數(shù)發(fā)生器，如圖5-3s所示為其內(nèi)部原理電路框圖。ICL8038由恒流電流源I1、I2，觸發(fā)器和電壓比較器C1、C2等組成。電壓比較器C1的門限電壓為2VR/
3、的為VR(VR= VEE+VCC)，可通過調(diào)節(jié)外接電阻確定電流源I1和I2的大小，并且I2必須大于I1。當(dāng)觸發(fā)器Q端輸出電平低時(shí)，I2通過開關(guān)S的控制從而使電流源斷開。而電流源I1向外接電容C充電，電壓隨時(shí)間變化線性下降，當(dāng)其下降到小于VC時(shí)，比較器C2輸出發(fā)生跳變，當(dāng)VC上升到2VR/3時(shí)，比較器C1輸出波形會發(fā)生跳變，從而使觸發(fā)器輸出端Q由低電平變?yōu)楦唠娖?，電流源I2接通通過控制開關(guān)S。當(dāng)其上升和下降時(shí)間相等時(shí)，產(chǎn)生的波形輸出到引腳3，而觸發(fā)器輸出的波形經(jīng)緩沖器輸出到引腳9。三角波由正弦波變換器變成正弦波后由引腳2輸出。由此知ICL8038能輸出三角波、方波和正弦波等三種及三種以上的不同波形。其中，外部接入振蕩電容C，它是通過內(nèi)部兩個(gè)恒流電源來完成充電、放電的過程。恒流源2的工作狀態(tài)是由恒流源1對電容器C持續(xù)充電，并增加電容電壓，從而達(dá)到改變比較器的狀態(tài)改變、輸入電平以及帶動觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)來連續(xù)控制的。當(dāng)觸發(fā)器使恒流源2處于關(guān)閉狀態(tài)，電容電壓值是比較器1輸入電壓規(guī)定值的2／3倍時(shí)，比較器1的狀態(tài)發(fā)生改變，使觸發(fā)器的工作狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時(shí)將模擬開關(guān)K由B接到A點(diǎn)。因?yàn)楹懔髟?的電流值為2I，比恒流源1大，所以電容器處于放電狀態(tài)，在單位時(shí)間內(nèi)電容器端電壓將將發(fā)生改變，為線性下降，當(dāng)電容電壓值下降到比較器2的輸入電壓規(guī)定值的1／3倍時(shí)，比較器2狀態(tài)發(fā)生改變，使觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)到原來的狀態(tài)，周而復(fù)始的完成此振蕩過程。四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 根據(jù)以上分析，上述基本電路中很容易獲得3種函數(shù)信號，倘若電容器在放電過程和在充電過程的時(shí)間常數(shù)相等，而且是在電容器充放電時(shí)，那么電容電壓輸出的就是三角波函數(shù)，從而三角波信號由此獲得。因?yàn)橛|發(fā)器的工作狀態(tài)也是由電容電壓的充放電的過程決定的，因此，觸發(fā)器的狀態(tài)通過翻轉(zhuǎn)，就能夠產(chǎn)生方波函數(shù)信號，在芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，這兩種信號經(jīng)過緩沖器功率的放大，并從管腳3和管腳9輸出可得。滿足方波函數(shù)等信號在頻率、占空比調(diào)節(jié)的全部范圍可適當(dāng)?shù)倪x擇外部電阻RA和RB和C。所以，對兩個(gè)電流源在I和2I電流不等的情況下，可以從最小到最大范圍中循 環(huán)調(diào)節(jié)，并任意選擇調(diào)整，因此，只需要使電容器充放電時(shí)間不相等，便可獲得鋸齒波等函數(shù)信號。
圖5.2-1 內(nèi)部原理電路框圖 6 致謝
本課題在選題以及研究過程是在孫活老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。老師們多次詢問研究設(shè)計(jì)進(jìn)程，并為我悉心指點(diǎn)迷津，幫助我開拓思路，耐心點(diǎn)撥、鼓勵(lì)。老師們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的工作作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)三載，卻給以終生受益無窮之道。對老師的感激之情是無法用言語表達(dá)的。感謝帶過我的老師對我的教育培養(yǎng)。他們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)與研究，從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，老師們都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬并致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
在此，我還要感謝我的5位室友，正是有你們的幫助、理解和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難，直至順利的完成本文。當(dāng)然也缺少不了一起愉快度過三年的大
學(xué)同學(xué)，他們給與我?guī)椭?，支持，我在此也由衷的表示感謝。最后我還要感謝含辛茹苦的把培養(yǎng) 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 我長大的父母，謝謝您們!7 總結(jié)及體會
通過本次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們的思考、動手和解決問題的能力，經(jīng)常會遇到不同的情況，心里總想著這樣的接法或許可以行得通，但實(shí)際接上電路后才發(fā)現(xiàn)不對，實(shí)現(xiàn)不了預(yù)想的效果，因此耗在這上面的時(shí)間用的比較多。
我覺得做課程設(shè)計(jì)的同時(shí)也鞏固和加強(qiáng)了課本知識，由于課本上的知識太多而且零散，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)也并不能很好的理解并運(yùn)用各個(gè)元件的功能，考試內(nèi)容又比較有限，因此在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我了解了很多元件的功能以及使用。平時(shí)看課本學(xué)習(xí)書本知識時(shí)，有時(shí)問題總是弄不懂，可做完設(shè)計(jì)，那些不是問題的問題就迎刃而解了。甚至還記住很多東西，受益匪淺。如一些芯片的功能及作用，平時(shí)看課本講解，看一次忘一次，沒從根本上理解。通過這次動手實(shí)踐讓我對各個(gè)元件印象深刻。所以認(rèn)識、了解來源于實(shí)踐，實(shí)踐才是認(rèn)識的動力和最終目的，實(shí)踐出真理。所以這次的設(shè)計(jì)對我的學(xué)習(xí)和幫助作用都非常大的。
通過該次設(shè)計(jì)，在理論學(xué)習(xí)時(shí)，很少會有實(shí)踐的機(jī)會，但我們學(xué)院可以，而且設(shè)計(jì)制作也是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的任務(wù)！一起的學(xué)習(xí)工作中可以讓我們團(tuán)結(jié)一致，相互幫助，默契配合，多少歡樂在這里灑下。我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)合作的精神。這次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上的一個(gè)非常美好的回憶！
通過對此課程設(shè)計(jì)是我認(rèn)識到，電路設(shè)計(jì)需要我們耐心，需要縝密的整套思維邏輯，要求我們學(xué)會分析。懂得只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有將理論和實(shí)踐結(jié)合起來才能順利完成。我期盼在今后的學(xué)習(xí)過程中能讓學(xué)生更加的接近器材，獨(dú)立完成很多知識不能只看表面，要深究其真正作用才行，需要不斷積累經(jīng)驗(yàn)。所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是得自己親自動手才能印象深刻。這次的課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中也遇到了很多專業(yè)知識問題，最后通過老師的辛勤指導(dǎo)，終于迎刃而解了。經(jīng)過老師的悉心指導(dǎo)，我們學(xué)也到了很多實(shí)用的知識，在次我表示深深感謝！同時(shí)，對給過我?guī)椭椭С值乃型瑢W(xué)及各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 附錄1 系統(tǒng)原理圖
圖1 系統(tǒng)原理圖 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 附錄2 系統(tǒng)元件清單 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 附錄3 系統(tǒng)PCB圖
圖2 信號發(fā)生器圖 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn)
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