第一篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)外文資料及翻譯

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)外文資料及翻譯

英文資料原文

WAVE-FORM GENERATORS 1.The Basic Priciple of Sinusoidal Oscillators

Many different circuit configurations deliver an essentially sinusoidal output waveform even without input-signal excitation.The basic principles governing all these oscillators are investigated.In addition to determining the conditions required for oscillation to take place, the frequency and amplitude stability are also studied.Fig.1-1 show an amplifier, a feedback network, and an input mixing circuit not yet connected to form a closed loop.The amplifier provides an output signal Xo as a consequence of the signal Xi applied directly to the amplifier input terminal.The output of the feedback network is Xf?FXO?AFXi and the output lf the mixing circuit(which is now simply an inverter)is

X'f??Xf??AFXi

Form Fig.1-1 the loop gain is Loop gain=X'fXi??XfXi??FA

Fig.1-1 An amplifier with transfer gain A and feedback network F not yet connected to form a closed loop.Suppose it should happen that matters are adjusted in such a way that the signalX'fis identically equal to the externally applied input signalXi.Since the amplifier has no means of distinguishing the source of the input signal applied to it, it would appear that, if the external source were removed and if terminal 2 were connected to terminal 1, the amplifier would continue to provide the same output signal Xo as before.Note, of course, that the statement X'f=Ximeans that the instantaneous values of X'fandXiare exactly equal at all times.The conditionX'f=Xiis equivalent to?AF?1, or the loop gain must equal unity.The Barkhausen Criterion

We assume in this discussion of oscillators that the entire circuit operates linearly and that the amplifier or feedback network or both contain reactive elements.Under such circumstances, the only periodic waveform which will preserve, its form is the sinusoid.For a sinusoidal waveform the conditionXi?X'fis equivalent to the condition that the amplitude, phase, and frequency ofXiandX'fbe identical.Since the phase shift introduced in a signal in being transmitted through a reactive network is invariably a function of the frequency, we have the following important principle: The frequency at which a sinusoidal oscillator will operate is the frequency for which the total shift introduced, as a signal proceed from the input terminals, through the amplifier and feedback network, and back again to the input, is precisely zero(or, of course, an integral multiple of 2?).Stated more simply, the frequency of a sinusoidal oscillator is determined by the condition that the loop-gain phase shift is zero.Although other principles may be formulated which may serve equally to determine the frequency, these other principles may always be shown to be identical with that stated above.It might be noted parenthetically that it is not inconceivable that the above condition might be satisfied for more than a single frequency.In such a contingency there is the possibility of simultaneous oscillations at several frequencies or an oscillation at a single one of the allowed frequencies.The condition given above determines the frequency, provided that the circuit will oscillate ta all.Another condition which must clearly be met is that the magnitude of Xiand X'fmust be identical.This condition is then embodied in the follwing principle: Oscillations will not be sustained if, at the oscillator frequency, the magnitude of the product of the transfer gain of the amplifier and the magnitude of the feedback factor of the feedback network(the magnitude of the loop gain)are less than unity.The condition of unity loop gain?AF?1is called the Barkhausen criterion.This condition implies, of course, both that AF?1and that the phase of –A F is zero.The above principles are consistent with the feedback formula Af?A.For if 1?FA?FA?1, thenAf??, which may be interpreted to mean that there exists an output voltage even in the absence of an externally applied signal voltage.Practical Considerations

Referring to Fig.1-2, it appears that if FA at the oscillator frequency is precisely unity, then, with the feedback signal connected to the input terminals, the removal of the external generator will make no difference.If FA is less than unity, the removal of the external generator will result in a cessation of oscillations.But now suppose that FA is greater than unity.Then, for example, a 1-V signal appearing initially at the input terminals will, after a trip around the loop and back to the input terminals, appear there with an amplitude larger than 1V.This larger voltage will then reappear as a still larger voltage, and so on.It seems, then, that if FA is larger than unity, the amplitude of the oscillations will continue to increase without limit.But of course, such an increase in the amplitude can continue only as long as it is not limited by the onset of nonlinearity of operation in the active devices associated with the amplifier.Such a nonlinearity becomes more marked as the amplitude of oscillation increases.This onset of nonlinearity to limit the amplitude of oscillation is an essential feature of the operation of all practical oscillators, as the following considerations will show: The condition FA?1 does not give a range of acceptable values of FA, but rather a single and precise value.Now suppose that initially it were even possible to satisfy this condition.Then, because circuit components and, more importantly, transistors change characteristics(drift)with ahe, temperature, voltage, etc., it is clear that if the entire oscillator is left to itself, in a very short time FA will become either less or larger than unity.In the former case the oscillation simply stops, and in the latter case we are back to the point of requiring nonlinearity to limit the amplitude.An oscillator in which the loop gain is exactly unity is an abstraction completely unrealizable in practice.It is accordingly necessary, in the adjustment of a practical oscillator, always to arrange to have FA somewhat larger(say 5 percent)than unity in order to ensure that, with incidental variations in transistor and circuit parameters, FA shall not fall below unity.While the first two principles stated above must be satisfied on purely theoretical grounds, we may add a third general principle dictated by practical considerations, i.e.: In every practical oscillator the loop gain is slightly larger than unity, and the amplitude of the oscillations is limited by the onset lf nonlinearity.Fig.1-2 Root locus of the three-pole transfer function in the s-plane.The poles without feedback(FA0are

?0)2.Triangle/square generation s1,s2,ands3,whereas the poles after feedback is added are s1f,s2f,and s3f.Fig.2.1 shows a function generator that simultaneously produces a linear triangular wave and a square wave using two op-amps.IntegratorIC1is driven from the output ofIC2where IC2is wired as a voltage comparator that’s driven from the output of IC1via voltage divider R2--R3.The square-wave output of IC2switches alternately between positive and negative saturation levels.Suppose, initially, that the output of IC1is positive, and that the output of IC2has just switched to positive saturation.The inverting input of IC1is at virtual ground, so a current IR1equalsIR1??VSAT.BecauseR1andC1are in series, IR1and R1IC1 are equal.Yet, in order to maintain a constant current through a capacitor, the voltage across that capacitor must change linearly at a constant rate.A linear voltage ramp therefore appears acrossC1,causing the output ofIC1to start to swing down luinearly at a rate of 1/C1volts per second.That output is fed via theR2--R3divider to the non-in-verting input ofIC2.Fig.2.1 Basic function generator for both triangular, and square waves.Consequently, the output ofIC1swings linearly to a negative value until theR2--R3junction voltage falls to zero volts(ground), at which point IC2enters a regenerative switching phase where its output abruptly goes to the negative saturation level.That reverses the inputs of IC1andIC2, soIC1output starts to rise linearly until it reaches a positive value that causes the R2--R3junction voltage to reach the zero-volt reference value, which initiates another switching action.The peak-to-peak amplitude of the linear triangular-waveform is controlled by the R2--R3ratio.The frequency can be altered by changing either the ratios of R2--R3, the values of R1orC1, or by feeding R1from the output of IC2through a voltage divider rather than directly from op-ampIC2output.英文資料譯文

波形發(fā)生器

譯者：張緒景

1.正弦振蕩器基本原理

許多不同組態(tài)的電路，即使在沒(méi)有輸入信號(hào)激勵(lì)的情況下，也能輸出一個(gè)基本上是正弦形的輸出波形。我們將在下文討論所有這些振蕩器的基本原理，除了確定產(chǎn)生振蕩所需的條件之外，還研究振蕩頻率和振幅的穩(wěn)定問(wèn)題。

圖1.1表示了放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)和輸入混合電路尚未連成閉環(huán)的情況。當(dāng)信號(hào)Xi直接加到放大器的書(shū)入端時(shí)，放大器提供一個(gè)輸出信號(hào)Xo。反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出為Xf?FXO?AFXi，混合電路（現(xiàn)在就是一個(gè)反相器）的輸出為

X'f??Xf??AFXi

由圖1-1，環(huán)路增益為

環(huán)路增益=

X'fXi??XfXi??FA

圖1-1 尚未連成閉環(huán)的增益為A的放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)F

假定恰好將信號(hào)X'f調(diào)整到完全等于外加的輸入信號(hào)Xi。由于放大器無(wú)法辨別加給它的輸入信號(hào)的來(lái)源，于是就會(huì)出現(xiàn)如下情況：如果除去外加信號(hào)源，而將2端同1端接在一起，則放大器將如以前一樣，繼續(xù)提供一個(gè)同樣的輸出信號(hào)Xo。當(dāng)然要注意，X'f=Xi這種說(shuō)法意味著X'f和Xi的瞬時(shí)值在所有時(shí)刻都完全相等。條件X'f=Xi等價(jià)于?AF?1，即環(huán)路增益必須等于1。

巴克豪森判據(jù)

在以下關(guān)于振蕩器的討論中我們假定，整個(gè)電路工作在線形 狀態(tài)，并且放大器或反饋網(wǎng)絡(luò)或它們兩者是含有電抗元件的。在這些條件下，能保持波形形狀的唯一周期性波形是正弦波。對(duì)正弦波而言，條件X'f=Xi等同于Xi和X'f的幅度、相位和頻率都完全一樣的條件。因?yàn)樾盘?hào)在通過(guò)電抗網(wǎng)絡(luò)時(shí)引入的相移總是頻率的函數(shù)，所以我們有如下重要原則：

正弦振蕩器的工作頻率是這樣一個(gè)頻率，在該頻率下，信號(hào)從輸入端開(kāi)始，經(jīng)過(guò)放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)后，又回到輸入端時(shí)，引入的總相移正好是零（當(dāng)然，或者是2?的整數(shù)倍）。更簡(jiǎn)單地說(shuō)，正弦振蕩器的頻率取決于環(huán)路增益的相移為零這一條件。

雖然還可以總結(jié)出其他可用來(lái)確定頻率的原則，但可以證明，它們同上述原則是一致的。附帶說(shuō)明一下，滿(mǎn)足上述條件的頻率可能不止一個(gè)，這并不是不可理解的。在這種偶然情況下，有可能在幾個(gè)頻率處同時(shí)振蕩，或在所允許的幾個(gè)頻率中某一頻率處出現(xiàn)振蕩。

只要電路能振蕩，其頻率就由上述原則來(lái)確定。顯然還必須滿(mǎn)足另一個(gè)條件，即Xi和X'f的幅度必須相等。該條件概括為下述原則：

在振蕩頻率處，如果放大器的轉(zhuǎn)移增益和反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)的乘積（環(huán)路增益的幅值）小于1，則振蕩不能維持下去。

環(huán)路增益為1，即?AF?1這個(gè)條件叫做巴克豪森判據(jù)。當(dāng)然，這個(gè)條件意味著不僅要求AF?1，而且要求—AF的相位為零。上述原則與反饋公式A是一致的。因?yàn)槿绻?AF?1，則Af??，這可以解釋為，即使沒(méi)1?FA有外加信號(hào)電壓，也仍然有輸出電壓。Af?若干實(shí)際的考慮

參考圖1-2可以看出，如果FA在振蕩頻率處正好為1，那么將反饋信號(hào)接到輸入端，再除去外部信號(hào)源將不會(huì)造成任何影響。

圖1-2 三級(jí)點(diǎn)傳遞函數(shù)在S平面上的根軌跡。無(wú)反饋時(shí)（FA0?0）的極點(diǎn)是s1,s2和s3。而加

入反饋后的極點(diǎn)是s1f,s2f和s3f 如果FA小于1，那么除去外部信號(hào)源將會(huì)導(dǎo)致停振?，F(xiàn)在假定FA大于1，那么，最初出現(xiàn)在輸入端的信號(hào)，例如是1v，再繞路一周又回到輸入端時(shí)，其幅值將大于1v。然后這個(gè)較大的電壓又會(huì)以更大的電壓再出現(xiàn)于輸入端，如此循環(huán)往復(fù)。于是，似乎FA在不受放大器中有源器件的非線性的限制時(shí)，振幅的增大才能繼續(xù)下去。隨著振幅的增大，有源器件的非線性變得更加明顯。這種非線性的出現(xiàn)，就限制了震蕩的幅度，這是所有實(shí)際振蕩器工作的基本特征，正如以下討論所表明的那樣：條件AF?1并不是給出AF的可取值范圍，而是給出一個(gè)單一的精確值。限假設(shè)即使最初能滿(mǎn)足這個(gè)條件，由于電路元件特性，特別是晶體管特性受老化、溫度和電壓等影響發(fā)生變化（漂移），于是很顯然，如果整個(gè)振蕩器聽(tīng)其自然，則在很短的時(shí)間內(nèi)，AF就會(huì)變得不是小于1，就是大于1。在前一種情況下，只是振蕩停止而已，而在后一種情況下，我們就有需要用非線性來(lái)限制振幅。環(huán)路增益正好為1的振蕩器，實(shí)際上是一個(gè)根本不能實(shí)現(xiàn)的理想裝置。所以，在實(shí)際振蕩器的調(diào)試中，總是要調(diào)整AF多少比1大一些（比方說(shuō)大50%），以保證在晶體管和電路參數(shù)發(fā)生偶然變化時(shí)，AF不致下降到1以下。上述兩條原則是在純理論基礎(chǔ)上必須要滿(mǎn)足的，同時(shí)，我們根據(jù)實(shí)際的考慮，在添上第三條一般原則，即：

在每個(gè)實(shí)際的振蕩器中，環(huán)路增益都略大于1，并且振蕩幅度由非線性特性來(lái)限制。

2.三角波/方波發(fā)生器

圖2-1示出了一個(gè)用兩極運(yùn)放能同時(shí)產(chǎn)生線性三角波和方波的函數(shù)發(fā)生器。集成積分器IC1由IC2的輸出驅(qū)動(dòng)，IC2作為電壓比較器，被IC1的輸出，經(jīng)R2--R3分壓器分壓后所驅(qū)動(dòng)。IC2的方波輸出于正負(fù)飽和電平間交替交換。

圖2-1 具有雙向三角波和方波輸出的基本函數(shù)發(fā)生器

假設(shè)，開(kāi)始時(shí)，IC1的輸出為正，IC2的輸出恰好轉(zhuǎn)為正向飽和。IC1的反向輸入端虛假接地，則電流IR1??VSAT。因?yàn)镽1和C1是串聯(lián)的，所以IR1=IC1。然R1而為維持由恒定電流經(jīng)過(guò)C1，加在該電容上的電壓必須以恒定的速率線性變化。一個(gè)線性的斜坡電壓加至C1，使IC1的輸出開(kāi)始以輸出通過(guò)R2--R3分壓器送至IC2的同相輸入端。

然后，IC1的輸出朝負(fù)值線性變化，直至R2和R3連接點(diǎn)的電壓下降到0V。在該點(diǎn)IC2翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，使輸出突變到負(fù)飽和值。這樣就改變了IC1和IC2的輸入，使IC1的輸出開(kāi)始線性上升，直至升到某一正值為止，該值使R2--R3間的接點(diǎn)電壓達(dá)到0，便引起了另一次翻轉(zhuǎn)。

線性三角波的峰峰值由R2--R3的比率來(lái)控制。頻率調(diào)整可以通過(guò)改變R2R3R1或C1，的比率，或通過(guò)將R1由IC2的輸出端轉(zhuǎn)接一個(gè)分壓器，而不是直接接IC21VS的速率線性下降，這個(gè)C1的輸出端來(lái)實(shí)現(xiàn)。

第二篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 外文文獻(xiàn)翻譯資料

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中英文資料

題目

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng)

電子信息工程

班 級(jí) 學(xué) 號(hào)

118501106

學(xué) 生 姓 名

蔡偉攀

指 導(dǎo) 教 師

鄧洪峰

填 表 日 期

201 年 月

日

外文資料譯文

任意波形信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

陳曉和陳健翔

南京工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，信息科學(xué)與技術(shù),210044中國(guó)，南京

摘要

信號(hào)發(fā)生器在電子測(cè)量?jī)x器、電子電路、自動(dòng)控制、雷達(dá)和其他電子系統(tǒng)的溝通中起著非常重要的作用,。直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù)可以很容易地控制信號(hào)的頻率波形的直接合成。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)振幅和頻率調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，采用AD9850頻率合成器和AT89S52單片機(jī)(SCM)為核心。詳細(xì)的設(shè)計(jì)原理和思路進(jìn)行了討論。DDS芯片AD9850的用于生成波形。外部輸入的頻率數(shù)據(jù)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的并行或串行通訊接口與單片機(jī)轉(zhuǎn)化為芯片的頻率相位控制字。幅度調(diào)制是由AD7520芯片實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，而且也方便，價(jià)格便宜。它具有理論和實(shí)用價(jià)值。

1.緒論

信號(hào)發(fā)生器可以作為信號(hào)源,它提供了一個(gè)已知的測(cè)試信號(hào)的電路。它可以用來(lái)測(cè)量感興趣的參數(shù)。在各種實(shí)驗(yàn)測(cè)試應(yīng)用程序和處理中,信號(hào)源作為激勵(lì)源可以模擬各種測(cè)試信號(hào),提供實(shí)際需要的電路[1]。

信號(hào)發(fā)生器在通信技術(shù)中，電子測(cè)量?jī)x器、電子電路、自動(dòng)控制、雷達(dá)和其他電子系統(tǒng)中發(fā)揮非常重要的作用。隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了高精度數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，通過(guò)使用多頻技術(shù)，這是DDS技術(shù)產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的參考頻率的數(shù)字控制方法[2].任意波形信號(hào)發(fā)生器能夠滿(mǎn)足復(fù)雜的字段，用戶(hù)定義信號(hào)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，并使其更加精確和穩(wěn)定。隨著電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，該信號(hào)發(fā)生器具有很大的應(yīng)用。

2.系統(tǒng)

我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)信號(hào)發(fā)生器,可以產(chǎn)生任意波形。我們可以控制振幅和頻率的大小,提供多種信號(hào)測(cè)試電路。

利用AT89S52微控制器，AD9850(DDS)和數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)，完整的硬件和軟件設(shè)計(jì)。通過(guò)鍵盤(pán)輸入模塊，我們可以調(diào)整波形的振幅和頻率。波形生產(chǎn)的過(guò)程是通過(guò)微控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以理論上我們可以編寫(xiě)一個(gè)程序來(lái)生成任意所需的波形。單片機(jī)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)。為了獲得所需的波形，我們應(yīng)該有一個(gè)單一的芯片變化的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。

DDS芯片的AD9850是用來(lái)產(chǎn)生波形的。外部輸入的頻率數(shù)據(jù)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的并行或串行通訊接口與單片機(jī)轉(zhuǎn)化為芯片的頻率相位控制字。幅度調(diào)制是由AD7520芯片實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖1所示。

該系統(tǒng)使用單片機(jī)控制DDS芯片AD9850產(chǎn)生儀器所需的測(cè)試的信號(hào)。單片機(jī)控制多路復(fù)用器。方波或正弦波DA轉(zhuǎn)換器AD7520的參考電壓信號(hào)。AD7520的輸出信號(hào)，經(jīng)調(diào)節(jié)和放大之后，是一個(gè)15V的峰值頻率的信號(hào)。經(jīng)互補(bǔ)推挽放大電路后，我們終于得到必要的頻率信號(hào)。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，為了確保信號(hào)的穩(wěn)定性和頻率峰值，放大器電路中的放大器的輸出要加上適當(dāng)?shù)呢?fù)反饋頻率。3.硬件

該電路的設(shè)計(jì)主要是兩個(gè)方面，包括硬件和軟件設(shè)計(jì)。硬件部分是信號(hào)生成電路，MCU（單片機(jī)）控制電路，振幅控制電路和顯示電路。軟件主要由主程序和中斷服務(wù)程序構(gòu)成。

AT89S52是由美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的，它是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位微控制器芯片具有重復(fù)包含8K字節(jié)可擦除只讀閃存（Flash）程序存儲(chǔ)器和256字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。AT89S52可以操作到0 Hz靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的省電模式[3]。

在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是最重要的核心組成部分。其工作時(shí)間為12MHz。內(nèi)置閃存（flash）存儲(chǔ)的工作程序。通過(guò)鍵盤(pán)輸入，該電路可以知道需要產(chǎn)生的波形，振幅和頻率。我們還可以調(diào)整任何波形的振幅和頻率。

圖1.系統(tǒng)方案

在這個(gè)系統(tǒng)中，我們使用了一個(gè)獨(dú)立式鍵盤(pán)。該設(shè)計(jì)采用一個(gè)矩陣鍵盤(pán)，使用軟件掃描按鈕訪問(wèn)必要的關(guān)鍵信息和用軟件編程實(shí)現(xiàn)。這樣可以節(jié)省硬件資源，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。通過(guò)矩陣鍵盤(pán)，我們可以很容易地設(shè)置各種微控制器。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，P0端口連接液晶顯示器，AD9850和AD7520 IC芯片是用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溄?。因?yàn)樵瓉?lái)的I/O端口是不夠的，我們需要在其他外設(shè)借口擴(kuò)展微控制芯片。在這個(gè)電路中，我們使用8255芯片，這是一個(gè)可編程并行I/O接口芯片。

高度集成的頻率合成器AD9850是一個(gè)典型的采用DDS技術(shù)的產(chǎn)品。AD9850采用先進(jìn)的CMOS工藝。它的電源在3.3V時(shí)只有155mw。在擴(kuò)展工業(yè)溫度范圍為-40?+80攝氏度，28引腳小外形封裝表面貼裝形式。

AD9850 DDS系統(tǒng)包括可編程和高速比較器，全數(shù)字編程來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率合成的控制。AD9850可以產(chǎn)生一個(gè)模擬正弦波輸出且是可編程控制的頻率和相位，連接到該精確時(shí)鐘和寫(xiě)入的頻率。該正弦波的頻率信號(hào)，可直接用作源或內(nèi)部的高速比較器轉(zhuǎn)換為方波輸出.在125MHz的時(shí)鐘，32位頻率控制字AD9850可以輸出0.0291Hz的輸出頻率分辨率[4]。

在這個(gè)電路設(shè)計(jì)中，從D0-D7是控制信號(hào)輸入到寄存器中。在W_CLK（P3.0）的上升沿的第一個(gè)字節(jié)加載和指針移動(dòng)到下一個(gè)輸入寄存器。連續(xù)5上升沿，它停止工作。然后當(dāng)上升沿FQ_UD（P3.1），數(shù)據(jù)被加載到頻率/相位寄存器。在這個(gè)時(shí)候DDS的輸出頻率和相位更新。然后，指針重置電路等待下一個(gè)頻率/相位控制字的輸入。

顯示模塊?？紤]到實(shí)際情況，我們采用點(diǎn)陣LED實(shí)現(xiàn)顯示。LCD1602顯示輸出波形的平率、振幅以及特定類(lèi)型。LCD1602和8255芯片PA口相連。三個(gè)端子RS，RW，E分別連接在微控制器P2.7-P2.5。該軟件可以控制波形的顯示和波形頻率的類(lèi)型。

RS是一個(gè)選擇寄存器是選擇數(shù)據(jù)寄存器高，低，指令寄存器。RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高為讀取、低為寫(xiě)入操作。當(dāng)RS和RW為低，液晶可以寫(xiě)入指令或者顯示地址。當(dāng)RS低和RW是高時(shí)，LCD可被讀取。當(dāng)RS為低和高-RW時(shí)，液晶可以被寫(xiě)入數(shù)據(jù)。E引腳是能源方面。當(dāng)E引腳從高電平變?yōu)榈碗娖?，在LCD上執(zhí)行命令。

AD9805輸出恒定的波幅度。我們使用一個(gè)D / A轉(zhuǎn)換器AD7520實(shí)現(xiàn)幅度的調(diào)整。AD7520芯片的內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)是由一個(gè)可編程可變?cè)鲆娣糯笃?。AD7520集成了10個(gè)模擬開(kāi)關(guān)的電阻網(wǎng)絡(luò)是可編程的。內(nèi)部電阻器網(wǎng)絡(luò)與AD7520可編程放大器被用作電路的增益[5]。

倍率可以在1到1024之間調(diào)整，只要改變BIT1-BIT10相應(yīng)的邏輯狀態(tài)變化可以控制放大倍數(shù)。當(dāng)BIT1-BIT10是3FFH，放大倍率為1倍，這為0dB。當(dāng)是98H，放大率是10倍，這為20dB。為了實(shí)現(xiàn)可編程增益，我們連接的74LS373 PC端口和單片機(jī)的P2口與AD7520引腳BIT1-BIT10。通過(guò)程序，微控制器控制I/ O口輸出狀態(tài)來(lái)完成可編程增益[5]。該系統(tǒng)需要一個(gè)5V直流電源提供給所有電路。直流電源一般由電源變壓器，整流器，濾波器電路和電壓調(diào)節(jié)器組成的。

電力變壓器的作用是將220V交流電壓功率轉(zhuǎn)換為整流濾波電路所需的交流電壓。整流器的作用是將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓的單脈沖。濾波電路是濾除整流后的輸出電壓紋波。整流電路的輸出之后，波形仍含有大量的AC分量而會(huì)影響負(fù)載電路的正常運(yùn)行。我們需要通過(guò)濾波電容器的紋波過(guò)濾。濾波電路是用電容濾波電路。

固定輸出電壓調(diào)節(jié)部分選用三端集成穩(wěn)壓器。采用三端穩(wěn)壓器可以很容易地集成固定輸出電源集成形式。

4.軟件

軟件采用C語(yǔ)言編程并且不同功能模塊的程序是通過(guò)模塊化的程序設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)的。這種結(jié)構(gòu)化方法使程序?qū)哟吻逦?，便于使用、維護(hù)和調(diào)試。該軟件設(shè)計(jì)完成的信號(hào)發(fā)生器的所有功能管理，由初始化模塊、功能模塊兩部分組成。初始化模塊是為各種硬件寄存器，數(shù)據(jù)寄存器，和顯示裝置的初始化。

初始化模塊設(shè)計(jì)是由四個(gè)部分組成，微處理器的初始化，AD9850芯片的初始化，AD7520芯片的初始化和LCD1602的初始化。

功能模塊是一個(gè)顯示模塊、鍵盤(pán)輸入模塊和信號(hào)調(diào)節(jié)模塊和振幅組件。鍵盤(pán)模塊主要是用于設(shè)置的頻率、相位和振幅。

主系統(tǒng)的軟件編程方法使用結(jié)構(gòu)方法。該功能模塊由主程序分離和子程序產(chǎn)生的波形。延遲可以插入改變頻率。

首先，我們進(jìn)行了微控制器，AD9850，AD7520和液晶顯示器的初始化。然后我們通過(guò)鍵盤(pán)選擇波形。頻率調(diào)節(jié)是通過(guò)AD9850芯片完成，波形振幅調(diào)制可以通過(guò)AD7520芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)

整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了以下功能：插上電源，液晶顯示器，然后循環(huán)。如果一個(gè)鍵被檢測(cè)到，它被暗示電路開(kāi)始傳輸數(shù)字。程序繼續(xù)檢測(cè)鍵盤(pán)和不同的密鑰的控制具有不同的功能。

只要信號(hào)生成模塊通過(guò)鍵盤(pán)控制輸出的幾個(gè)基本波形，AD9850芯片可以通過(guò)線性組合產(chǎn)生不同的波形具有不同的頻率。振幅是相對(duì)穩(wěn)定的。

5.結(jié)論

所設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器主要由單片機(jī)AT89S52，DDS芯片AD9850，AD7520芯片，顯示電路和濾波電路。單片機(jī)控制整個(gè)電路，由AD9850芯片產(chǎn)生信號(hào)的頻率。信號(hào)通過(guò)濾波器電路濾波。在單片機(jī)AT98S52的控制下，AD7520芯片調(diào)制信號(hào)的振幅。我們可以通過(guò)顯示電路觀察信號(hào)的頻率和幅度。通過(guò)使用AD9850的芯片，使得具有相當(dāng)高的穩(wěn)定性和產(chǎn)生的波非線性失真系數(shù)相對(duì)較小。該系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，而且也方便，價(jià)格便宜。它具有理論和實(shí)用價(jià)值。

致謝

這項(xiàng)工作是由中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金（10904073號(hào)）資助。

參考文獻(xiàn)

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外文資料原文

Design of An arbitrary waveform signal generator

Xiao Chen and Jian xiang Chen School of Electronic and Information Engineering, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China Abstract

Signal generator plays a very important role in communication, electronic measuring instruments, electronic circuits, automatic control, radar and other electronic systems.Direct Digital Synthesis(DDS)technology can easily control the frequency of the signal for direct synthesis of waveforms.This paper designed a signal generator with the amplitude and frequency modulation by using AD9850 as frequency synthesizer and AT89S52 single chip microcomputer(SCM)as the core.Detailed design principle and idea are discussed.AD9850 of the DDS chip is used to generate the waveform.The frequency data of external input can be transformed to frequency phase control words of chip by simple parallel or serial communication interface with the single chip microcomputer.Amplitude modulation is realized by the AD7520 chip.The system is not only simple in structure, easy to implement, but also convenient and cheap.It has a theoretical and practical value.1.Introduction

Signal generator can be used as a signal source, which provides a known test signal to the circuit.It can be used to measure parameters of interest.In a variety of experimental test applications and processing, the signal source as the excitation source can simulate a variety of test signals, providing the practical needs to the circuit [1].Signal generator play a very important role in communications, electronic measuring instruments, electronic circuits, automatic control, radar and other electronic systems.With the rapid development of digital technology, there has been high-precision digital-analog converter,digital control method by using a standard reference frequency generated by multiple frequency technology, which is the DDS technology [2].Arbitrary waveform signal generator can meet the complex fields, user-defined signal, and the combination of computer technology and make it more accurate and stable.With the current development of electronic technology, the signal generator has a great application.2.System

We designed a signal generator, which can produce several arbitrary waveforms.We can control the size of amplitude and frequency, providing a variety of signals to the test circuit.Using AT89S52 micro controller, AD9850(DDS)and digital-analog conversion technology, we complete hardware and software design.Through the keyboard input module, we can adjust the amplitude and frequency of the waveform.Waveform generation process is achieved by the micro controller.So theoretically we can write a program to generate any desired waveform.SCM generates digital signal.In order to obtain the desired waveform, we should have a single chip changing digital signals into analog signals.AD9850 of the DDS chip is used to generate the waveform.The frequency data of external input can be transformed to frequency phase control words of chip by simple parallel or serial communication interface with the single chip microcomputer.Amplitude modulation is realized by the AD7520 chip.The system design is shown in Fig.1.The system uses SCM to control DDS chip AD9850 which produce the required signal for test instrument.SCM controls the multiplexer.The square wave or sine is DA converter AD7520's voltage reference signal.AD7520's output signal, after conditioning and amplification, is a 15V peak frequency signal.After complementary push-pull amplifier circuit, we finally get the necessary frequency signals.To ensure the signal stability peak and frequency when the load changes, the amplifier circuit in the amplifier outputs are added with the appropriate negative feedback.3.Hardware

The circuit design is mainly two aspects including hardware and software design.The hardware part is the signal generation circuit, MCU control circuit, amplitude control circuit and display circuit.Software is mainly composed of main program and interrupt routines.The core controller is AT89S52.ATMEL AT89S52 produced by the U.S.is a low-voltage, high performance CMOS 8 bit micro controller chip with repeated contains 8k byte erasable read-only Flash program memory and 256 bytes of random access data memory.AT89S52 can operate down to 0Hz static logic to support two kinds of software-selectable power-saving mode [3].In this design, SCM is the most important core component.Its work time is 12MHz.The internal flash stores the working procedures.Through the keyboard input, the circuit can know what is required to generate the waveform, the amplitude and frequency.We can also adjust any waveform of amplitude and frequency.Fig.1.The system scheme

In this system, we use an independent-type keyboard.The design uses a matrix keyboard, using the software scan button access to key information as necessary and achieving with software programming.This can save hardware resources, simplifying circuit design.By the matrix keyboard we can easily set on a variety of micro controllers.In this design, P0 port is connected with the LCD display, AD9850 and the AD7520 IC chip is for data transmission.Because the original I/O ports are not enough, we need micro controller chip on the expansion of other peripheral interfaces.In this circuit, we use the 8255 chip, which is a programmable parallel I/O interface chip.The highly integrated frequency synthesizer AD9850 is a typical use of DDS technology products.AD9850 uses advanced CMOS process.Its power supply is only 155mw at 3.3V.The extended industrial temperature range is from-40 to +80 centigrade degree with 28-pin Shrink Small Outline surface mount form.AD9850 DDS system includes programmable and high-speed comparators, all-digital programming to achieve the control of frequency synthesis.AD9850 can produce a frequency and phase is programmable control of the analog sine wave output when connected to the precision clock and the frequency of write.The sine wave frequency signal can be directly used as the source or the internal conversion of high-speed comparator for the square wave output.In the 125MHz clock, the 32-bit frequency control word can AD9850 output frequency resolution of 0.0291Hz [4].In this circuit design, the control signal input from the D0-D7 into the register.In rising edge of W_CLK(P3.0)the first byte is loaded and the pointer moves to the next input register.A continuous 5 rising edge, it stops working.Then when the rising edge FQ_UD(P3.1), the data is loaded into the frequency/phase register.At this time the DDS output frequency and phase updates.Then the pointer reset and the circuit waits for the next frequency/phase control word input.Display Module.Considering the actual situation, we adopt dot matrix LED to realize the display.LCD1602 can display the output waveform frequency, amplitude, and the specific type.LCD1602 and the PA port of 8255 chip are connected.Three terminals RS, RW, E connected the P2.7-P2.5 of micro controller respectively.The software can control the type of waveform display and waveform frequency.RS is a register choice is to select the data register high, low, the instruction register.RW is the read write signal line, height is read, and write operation is low.When the RS and RW are low, the LCD can be written instruction or display the address.When RS is low and RW is high, the LCD can be read.When RS is low and high-RW, the LCD can be written data.E pin is the energy side.When the E pin is from high to low, the LCD execute commands.AD9805 outputs constant wave amplitude.We use a D/A converter AD7520 to achieve amplitude adjustment.The internal resistor network of AD7520 chip is composed of a programmable variable gain amplifier.AD7520 integrates the resistance network of 10 analog switches which are programmable.Internal resistor network with the AD7520 programmable amplifier are used as gain of the circuit [5].Magnification can be adjusted between 1 to 1024, as long as the change BIT1-BIT10 the corresponding bit changes logic state can control the magnification.When BIT1-BIT10 is 3FFH, the magnification is 1 time, which is 0dB.When 98H, the magnification is10 times, which is 20dB.To realize Programmable gain, we connect PC port of 74LS373 and P2 port of SCM with AD7520 pin BIT1-BIT10.Through program, the micro controller control I/O port output state to complete the programmable gain [5].The system requires a 5V DC power supply to all circuits.DC power supply is generally composed of power transformer, rectifier, filter circuit and the voltage regulator circuit.The role of power transformer is to transform 220V AC voltage power into AC voltage required by rectifier filter circuit.The role of rectifier is to transform AC voltage into DC voltage single pulse.Filter circuit is to filter out the rectified output voltage ripple.After the rectification circuit output, the waveform still contains a large AC component which will affect the normal operation of the load circuit.We need to filter through the filter capacitor ripple.Filter circuit is with capacitor filter circuit.Fixed output voltage regulator part selects three-terminal integrated voltage regulator.The use of three terminal regulator can be easily integrated form of fixed output power supply.4.Software

The software design adopts C programming language and programs different functional modules by the modularization program design idea.This structured approach enables program-level clarity, ease of use, maintenance, and debugging.The software design completes management of all the features of the signal generator, the initialization module, and the function modules of two parts.Initialization module is for the various hardware registers, data registers, and display device initialization.Initialization module design is composed of four parts-the microprocessor initialization, AD9850 chip initialization, AD7520 chip initialization and LCD1602 initialization.Function module is a display module, keyboard input module and signal conditioning modules and amplitude components.The keyboard module is mainly used to set the frequency, phase and amplitude.The main system software programming method uses the structural method.The function modules separate from the main program and subprograms generated waveforms.Delay can be inserted to change the frequency.Firstly, we perform the initialization of the micro controller, AD9850, AD7520 and LCD displays.Then we choose waveform by keyboard.The frequency adjustment is done through the AD9850 chip and the waveform amplitude modulation can be accomplished through the AD7520 chip.The entire process to achieve the following functions: plug in the power, the liquid crystal display, and then loop.If a key is detected, it is implied that data transmission circuit begins.The program continues to detect the keyboard and the control of different keys have different functions.As long as the signal generation module outputs a few basic waveforms through the keyboard control, AD9850 chip can produce different waveforms with different frequencies through the linear combination.The amplitudes are relatively stable.5.Conclusion

The designed signal generator is mainly composed of AT89S52 single chip microcomputer, AD9850 DDS chip, AD7520 chip, display circuit and filter circuit.The single chip microcomputer controls the whole circuit, the signal frequency generated by the AD9850 chip.The signal is filtered through the filter circuit.The AD7520 chip adjusts the signal amplitude under the control of the AT89S52 single chip microcomputer.We can observe frequency and amplitude of the signal through display circuit.By using the AD9850 chip, it is relatively high stability and the wave generated by the nonlinear distortion factor is relatively small.The system is not only simple in structure, easy to implement, but also convenient and cheap.It has a theoretical and practical value.Acknowledgements

This work is supported by National Natural Science Foundation of China(No.10904073).References

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第三篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

函數(shù)信號(hào)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(hào)發(fā)生器可以考慮用專(zhuān)用集成芯片（如5G8038等）為核心實(shí)現(xiàn)。⑵ 信號(hào)頻率范圍： 1Hz∽100kHz；

⑶ 頻率控制方式：

① 手控通過(guò)改變RC參數(shù)實(shí)現(xiàn)；

② 鍵控通過(guò)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(guò)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(hào)幅度范圍：0∽20V；

⑹ 信號(hào)源輸出阻抗：≤1Ω；

⑺ 應(yīng)具有輸出過(guò)載保護(hù)功能；

⑻ 具有數(shù)字顯示輸出信號(hào)頻率和電壓幅值功能。

第四篇：低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

課程名稱(chēng)：

電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)

指導(dǎo)老師：

周箭

成績(jī)：

實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（預(yù)習(xí)報(bào)告）實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：

同組學(xué)生姓名：

一、課題名稱(chēng)

低頻函數(shù)信號(hào)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(duì)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(duì)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(guò)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(duì)信號(hào)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(chǔ)器里存儲(chǔ)好函數(shù)信號(hào)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(hào)波形的存儲(chǔ)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(hào)頻率的高低，是通過(guò)改變D/A轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量的速率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)方案在信號(hào)頻率較低時(shí)，具有較好的波形質(zhì)量。隨著信號(hào)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(hào)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(hào)，而較難產(chǎn)生高頻（如>1MHz）信號(hào)。

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(hào)波形，而用數(shù)字方式改變信號(hào)的頻率和幅度。如采用D/A轉(zhuǎn)換器與壓控電路改變信號(hào)的頻率，用數(shù)控放大器或數(shù)控衰減器改變信號(hào)的幅度等，是一種常見(jiàn)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(hào)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(hào)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(hào)，然后用過(guò)零比較器產(chǎn)生方波，再經(jīng)過(guò)積分電路產(chǎn)生三角波。但要通過(guò)積分器電路產(chǎn)生同步的三角波信號(hào)，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(hào)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(hào)，然后通過(guò)函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將三角波信號(hào)轉(zhuǎn)換成正弦波信號(hào)，該電路方式也是本實(shí)驗(yàn)信號(hào)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(hào)。而正弦波信號(hào)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(huì)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(duì)稱(chēng)時(shí)，可通過(guò)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(kāi)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(duì)應(yīng)10-100Hz； 0.01uF 對(duì)應(yīng)100-1kHz； 0.001uF 對(duì)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(kāi)的濾波法，使用冪級(jí)數(shù)展開(kāi)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(jiǎn)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(wú)源和有源轉(zhuǎn)換電路形式。無(wú)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(guò)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(chēng)為緩沖級(jí)）。

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?xún)?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?xún)?nèi)。3 輸出級(jí)電路 根據(jù)不同負(fù)載的要求，輸出級(jí)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(duì)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(dòng)時(shí)，還要求輸出電壓的變化要小，即要求輸出級(jí)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(hào)電流，而往往并不提出對(duì)輸出信號(hào)電壓的要求。同時(shí)，當(dāng)負(fù)載變動(dòng)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(duì)稱(chēng)輸出。運(yùn)放的輸出電流IA中的大部分將

圖（作為T(mén)1、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(chǎng)合。復(fù)合管T1、T2和T3、T4 組成準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)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(hào)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(hào)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(jí)，還必須進(jìn)行擴(kuò)流。當(dāng)RL較大時(shí)，為滿(mǎn)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(guò)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(jí)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(guò)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(jiǎn)單的二極管限流保護(hù)電路，當(dāng)發(fā)生過(guò)流（I o過(guò)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(hào)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(guò)大，R5、R6 上的壓降超過(guò)0.6V時(shí)，T3、T4 導(dǎo)通防止了T1、T2 基極信號(hào)電流的進(jìn)一步增大。I o 的最大值為 0.6/R5，R3、R4 用來(lái)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(hào)與輸出信號(hào)

由仿真結(jié)果來(lái)看，基本滿(mǎn)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(guò)程中出現(xiàn)了一下幾個(gè)問(wèn)題，但后來(lái)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(méi)有波形

2、變阻器接入阻止過(guò)小或過(guò)大導(dǎo)致沒(méi)有信號(hào)或失真（尤其需要注意）

3、Lm324故障無(wú)法解決導(dǎo)致用了LM353代替

第五篇：函數(shù)信號(hào)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(hào)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(hào)...........................................................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(hào).........................................................4 3.4 三角波信號(hào).........................................................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(huì)............................................................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(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)論文

前言

函數(shù)信號(hào)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(duì)較低。是適合學(xué)生學(xué)習(xí)、使用電子技術(shù)測(cè)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(hào)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(hào)的輸入端，所以可以用作頻率調(diào)制，針對(duì)于低頻信號(hào)。

函數(shù)信號(hào)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?xún)?nèi)部某種確定的函數(shù)關(guān)系，再將正弦波通過(guò)整形電路轉(zhuǎn)化為方波，最后三角波通過(guò)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(hào)發(fā)生器開(kāi)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(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)任務(wù) 1.1 設(shè)計(jì)提議

產(chǎn)品開(kāi)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(hào)發(fā)生器，它常用的基本測(cè)試信號(hào)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(hào)在示波器等儀器中利用熒光屏顯示圖像。例如，想要通過(guò)示波器熒光屏上觀察到被測(cè)不失真地信號(hào)波形，通過(guò)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(hào)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(hào)發(fā)生器。1.2 方案論證與研究

函數(shù)信號(hào)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?xún)?nèi)部某種確定的函數(shù)關(guān)系，再將正弦波通過(guò)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(guò)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(hào)發(fā)生器開(kāi)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(huì)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(jiǎn)單，是一開(kāi)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(duì)于1000倍的頻率變化會(huì)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(mǎn)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(guò)仿真實(shí)驗(yàn)會(huì)發(fā)現(xiàn)積分器極易產(chǎn)生線性失真。

方案二：通過(guò)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(guò)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(hào)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(guò)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(jí)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(huì)發(fā)生變的；

◆ 不會(huì)出現(xiàn)過(guò)渡過(guò)程，只要接通電源后就會(huì)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(hào)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(dòng)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(hào)發(fā)生器的方法。

函數(shù)信號(hào)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(hào)發(fā)生電路組合成的。下面我們將分別對(duì)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(hào)

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(guò)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(huà)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(hào)

即又被稱(chēng)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(duì)網(wǎng)絡(luò)F幾乎沒(méi)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(mǎn)足條件2R1=

R2 R1 圖3.3-3 RC串并聯(lián)

3.4 三角波信號(hào)

根據(jù)RC的積分電路輸出和輸入信號(hào)波形的關(guān)系可得，當(dāng)輸入信號(hào)是方波時(shí)，則輸出的信號(hào)便是三角波，由此可知，三角波信號(hào)發(fā)生器是由RC積分電路和方波信號(hào)發(fā)生器組成。下圖3-2-3便是三角波信號(hào)發(fā)生器的電路組成。圖中的方波信號(hào)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(hào)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(huà)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(duì)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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)足電路指標(biāo)要求可通過(guò)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(mǎn)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(guò)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(duì)稱(chēng)。● R2與R5確定

由于二極管的非線性會(huì)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(lái)減小非線性失真，然后再經(jīng)過(guò)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(hào)的選擇

運(yùn)放選擇，要求輸入高阻、輸出低阻，而且滿(mǎn)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(jí)放大器組成的便是電子電路。在工作過(guò)程中，電壓放大是由小信號(hào)放大電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行的，再通過(guò)功率放大電路將功率放大，以便于控制或驅(qū)動(dòng)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(chēng)為功率放大器，是能使低頻信號(hào)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(jí)（也稱(chēng)推動(dòng)級(jí)），T2、T3是一組參數(shù)對(duì)稱(chēng)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(jí)。甲類(lèi)狀態(tài)由T1管工作，此集電極電流IC1是通過(guò)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(guò)調(diào)節(jié)RW2，可以使T2、T3在甲、乙類(lèi)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(dòng)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(dòng)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(cè)量RL 兩端的電壓有效值通過(guò)計(jì)算來(lái)得實(shí)際的

其中由晶體三極管T1組成前置放大級(jí)（也稱(chēng)推動(dòng)級(jí)），T2、T3是一對(duì)參數(shù)對(duì)稱(chēng)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(jí)。甲類(lèi)狀態(tài)T1管工作，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器RW1來(lái)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(lèi)狀態(tài)在T2、T3得到合適的靜態(tài)電流，可通過(guò)調(diào)節(jié)RW2來(lái)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(mén)限電壓為2VR/

3、的為VR(VR= VEE+VCC)，可通過(guò)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(guò)開(kāi)關(guān)S的控制從而使電流源斷開(kāi)。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(huì)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(guò)控制開(kāi)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(guò)內(nèi)部?jī)蓚€(gè)恒流電源來(lái)完成充電、放電的過(guò)程。恒流源2的工作狀態(tài)是由恒流源1對(duì)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(dòng)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)來(lái)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(kāi)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(lái)的狀態(tài)，周而復(fù)始的完成此振蕩過(guò)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(hào)，倘若電容器在放電過(guò)程和在充電過(guò)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(hào)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(guò)程決定的，因此，觸發(fā)器的狀態(tài)通過(guò)翻轉(zhuǎn)，就能夠產(chǎn)生方波函數(shù)信號(hào)，在芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，這兩種信號(hào)經(jīng)過(guò)緩沖器功率的放大，并從管腳3和管腳9輸出可得。滿(mǎn)足方波函數(shù)等信號(hào)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(duì)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(hào)。

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(guò)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(xún)問(wèn)研究設(shè)計(jì)進(jìn)程，并為我悉心指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)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(wú)窮之道。對(duì)老師的感激之情是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的。感謝帶過(guò)我的老師對(duì)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(chéng)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(guò)三年的大

學(xué)同學(xué)，他們給與我?guī)椭С?，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(zhǎng)大的父母，謝謝您們!7 總結(jié)及體會(huì)

通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們的思考、動(dòng)手和解決問(wèn)題的能力，經(jīng)常會(huì)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(duì)，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(jué)得做課程設(shè)計(jì)的同時(shí)也鞏固和加強(qiáng)了課本知識(shí)，由于課本上的知識(shí)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(guò)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(shū)本知識(shí)時(shí)，有時(shí)問(wèn)題總是弄不懂，可做完設(shè)計(jì)，那些不是問(wèn)題的問(wèn)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(méi)從根本上理解。通過(guò)這次動(dòng)手實(shí)踐讓我對(duì)各個(gè)元件印象深刻。所以認(rèn)識(shí)、了解來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐才是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐出真理。所以這次的設(shè)計(jì)對(duì)我的學(xué)習(xí)和幫助作用都非常大的。

通過(guò)該次設(shè)計(jì)，在理論學(xué)習(xí)時(shí)，很少會(huì)有實(shí)踐的機(jī)會(huì)，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(lè)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(kāi)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(guò)對(duì)此課程設(shè)計(jì)是我認(rèn)識(shí)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(huì)分析。懂得只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有將理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)才能順利完成。我期盼在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中能讓學(xué)生更加的接近器材，獨(dú)立完成很多知識(shí)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(shuō)，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是得自己親自動(dòng)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(zhuān)業(yè)知識(shí)問(wèn)題，最后通過(guò)老師的辛勤指導(dǎo)，終于迎刃而解了。經(jīng)過(guò)老師的悉心指導(dǎo)，我們學(xué)也到了很多實(shí)用的知識(shí)，在次我表示深深感謝！同時(shí)，對(duì)給過(guò)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(hào)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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