【正文】 計(jì)和完成更具有使用價(jià)值。可見信號(hào)源在各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)測(cè)試處理中，它不是測(cè)量?jī)x器，而是根據(jù)使用者的要求，作為激勵(lì)源，仿真各種測(cè)試信號(hào)，提供給被測(cè)電路，以滿足測(cè)量或各種實(shí)際需要。 國(guó)內(nèi)外波形發(fā)生器的發(fā)展?fàn)顩r 任意波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和用戶定義信號(hào)，并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復(fù)性和易操作性的電子儀器。任意波形發(fā)生器通常允許用一系列的點(diǎn)、直線和固定的函數(shù)段把波形數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器。 （ 2）隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，臺(tái)式儀器在走了一段下坡路之后，又在繁榮起來(lái)。 本文所研究的內(nèi)容 本論文 的任務(wù)是根據(jù)波形發(fā)生器的特點(diǎn)和應(yīng)用情況，結(jié)合新一代高性能芯片及其外圍擴(kuò)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)一種使用簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良的波形發(fā)生器，該波形發(fā)生器在改變頻率的情況下能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波等波形。 在保證正確的前提下，盡量采用典型的電路設(shè)計(jì)。用 集成運(yùn)放構(gòu)成電壓比較器，將正弦波信號(hào)變換成方波信號(hào)輸出。而這是電路所不希望的。由于外接電容的充、放電電流由兩個(gè)電流源控制，所以電容兩端電壓 的變化與時(shí)間成線性關(guān)系，從而可以獲得理想的三角波 輸出。 綜合上述分析， 通過(guò)比較兩種方案 ,我 采用了第二種方案來(lái)產(chǎn)生信號(hào)。 函數(shù)信號(hào)發(fā) 生器是是由基礎(chǔ)的非正弦信號(hào)發(fā)生電路和正弦波形發(fā)生電路組合而成。此時(shí) ZO Uu ? 通過(guò) 1R 向 C 充電，使運(yùn)放反相輸入電壓 CN uu ?由零逐漸上升。在 PN uu ? 以前， ZO Uu ?? 保持不變。其振蕩周期為 )21l n(21213 RRCRttT f ???? () 若選取適當(dāng)?shù)?1R 、 2R 值，使 )( 212 ??? RRRF ，則 CRT f2? ，于是振蕩頻率為： 三角波發(fā)生器： 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CRTf f2 110 ??西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 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。圖中 1A 等還可構(gòu)成同相滯回比較器， 2A 和 4R 、 C 等組成反相積分電路。 圖 三角波電 路原理圖 根據(jù)上圖可以看出在 t=0 時(shí)，比較器 1A 輸出電壓為高電平，電容兩端的電壓為零，即 1pu 略低于 ZO Uu ?)0(1 ， 0)0( ?Cu ，則積分電路輸出電壓 0)0()0( ??? CO uu ?？梢姡?2tt? 前的一瞬間， 01?Pu ， ZO Uu ??1 ，則 212 )( RURtu ZO ?? ， 故 在 2tt? 以后電路周而復(fù)始，循環(huán)不以，形成振蕩。顯然，三角波 Ou 峰值為： Zom URRU 12? () 下面求振蕩周期。但 A 比 3 大得多了會(huì)導(dǎo)致輸出正弦波形變差。 （ 4）濾波后的直流電壓，再通過(guò)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載 RL。 （ 4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化 ,從而獲得足夠高的穩(wěn)定性 。電路的輸出波形如圖 4 所示。 317 系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，337 系列穩(wěn)壓器輸出連可調(diào)的負(fù)電壓，可調(diào)范圍為 ~37V，最大輸出電流 maxOI 為 。 t?0 ? ?2 ?3 ?422Ut?0 ? ?2 ?3 ?4ou22U圖 圖 輸出波形圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 管腳 圖 輸出電壓表達(dá)式為 : ?????? ?? RRPUo () 式中， 是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓 REFV ，此電壓加于給定電阻 1R 兩端，將產(chǎn)生一個(gè)恒定電流通過(guò)輸出電壓調(diào)節(jié)電位器 1RP ， 電阻 1R 常取 ?? 240~120 ，1RP 一般使用精密電位器，與其并聯(lián)的電容器 C 可進(jìn)一步減小輸出電壓的紋波。 ② . 選擇電源變壓器 1）確定副邊電壓 U2: 根據(jù)性能指標(biāo)要求： Uomin=3V Uomax=9V 又 ∵ UiUomax≥ (UiUo)min UiUoin≤ (UiUo)max 其中：（ UiUoin） min=3V， (UiUo)max=40V ∴ 12V≤ Ui≤ 43V 此范圍中可任選 ： Ui=14V=Uo1 根據(jù) Uo1=(～ )U2 可得變壓的副邊電壓 ： VUU O 12 ?? () 2）確定變壓器副邊電流 I2 ∵ Io1=Io 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 又副邊電流 I2=(～ 2)IO1 取 IO=IOmax=800mA 則 I2=＊ = () 3）選擇變壓器的功率 變壓器的輸出功率： PoI2U2= () ③ . 選擇整流電路中的二極管 ∵ 變壓器的副邊電壓 U2=12V ∴ 橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為： VU 172 2 ? 橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為： AIo ?? 查手冊(cè)選整流二極管 IN4001，其參數(shù)為：反向擊穿電壓 UBR=50V17V 最大整流電流 IF=1A ④ . 濾波電路中濾波電容的選擇 濾波電容的大小可用式 求得。 RC 振蕩器的設(shè)計(jì)，可按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行 ： 1． 根據(jù)已知的指標(biāo)，選擇電 ioUtIC ??iiooVUUUUS ???西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 路形式。 圖 RC 正弦波振蕩器 設(shè)計(jì)步驟如下： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇圖 51 所示電路。按： Ri ?? R ?? R0 的關(guān)系選擇 R 的值。 由振蕩的振幅條件可知，要使電路起振， Rf應(yīng)略大于 2R3，通常取 Rf=。 （ 4）確定穩(wěn)幅電路及其元件值。 （ 5） R5與 R2的確定 由于二極管的非線性會(huì)引起波形失真，因此，為了減小非線性失真，可在二極管的兩端并上一個(gè)阻值與 rd（ rd 為二極管導(dǎo)通時(shí)的動(dòng)態(tài)電阻）相近的電阻 R5。 R2=Rf ?（ R5//rd） ? Rf ? 5 ? 63k? ? k? = 62k? 為了達(dá)到最佳效果 , R2可用 30k?電阻和 50 k?的電位器串聯(lián)（即 R2=R4+Rw）。多級(jí)放大器在工作過(guò)程中，一般先由小信號(hào)放大電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行電壓放大，再由功率放大電路進(jìn)行功率放大，以控制或驅(qū) 動(dòng)負(fù)載電路工作。其中由晶體三極管 T1組成推動(dòng)級(jí)（也稱前置放大級(jí)）， T T3是一對(duì)參數(shù)對(duì)稱的 NPN 和 PNP 型晶體三極管，它們組成互補(bǔ)推挽 OTL 功放電路。調(diào)節(jié) RW2，可以使 T T3得到合適的靜態(tài)電流而工作于甲、乙類狀態(tài)，以克服交越失真。 ① 、 OTL 電路的主要性能指標(biāo) ： 最大不失真輸出功率 P0m 理想情況下，L2CCom RU81P ?，在實(shí)驗(yàn)中可通過(guò)測(cè)量 RL 兩端的電壓有效值，來(lái)得實(shí)際 。 5177。頻率范圍是 ，頻率溫漂僅 50ppm/℃(1ppm=106)。 （ 4）矩形波占空比的調(diào)節(jié)范圍很寬， D=1%99%，由此可獲得窄脈沖、寬脈沖或方波。芯片內(nèi)部包括兩個(gè)恒流源 ， 兩個(gè)電壓比較器，兩個(gè)緩沖器，正弦波變換器，模擬開關(guān)， RS 觸發(fā)器。改變電容器的充放電時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)三角波與鋸齒波方波與矩形波的互相轉(zhuǎn)換。 T＝ t1＋ t2 f＝ 1／ T 由于三角函數(shù)信號(hào)在電容充電時(shí)，電容電壓上升到比較器規(guī)定輸入電壓的 1／ 3 倍，分得的時(shí)間為 t1=CV/I=(C+1/3?Vcc?R A)/(1/5?Vcc)=5/3RA?C 在電容放電時(shí)，電壓降到比較器輸入電壓的 1／ 3 時(shí)，分得的時(shí)間為 t2＝ CV／ I＝ (C＋ 1/3?VCC)/(2/5?VCCRB－ 1/5?VCC/RA)＝ (3/5?RA＊ RB?C)/(2RA－RB) 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 21 f＝ 1／（ t1＋ t2）＝ 3／｛ 5RAC［ 1＋ RB／（ 2RA－ R）］｝ () 對(duì)圖中，如果 RA＝ RB，就可以獲得占空比為 50％的方波信號(hào)。該芯片的第1 腳和第 12 腳就是為調(diào)節(jié)輸出正弦波失真度而設(shè)置的。在圖 52 中， ICL8038由恒流源 I I2，電壓比較器 C C2和觸發(fā)器等組成。由于 I2I1， 因此電容 C 放電， vc隨時(shí)間線性下降。三角波經(jīng)正弦波變換器變成正弦波后由腳 2 輸出。由于恒流源 2的工作電流值為 2I，是恒流源 1的 2倍，電容器處于放電狀態(tài)，在單位時(shí)間內(nèi)電容器端電壓將線性下降，當(dāng)電容電壓下降到比較器 2的輸入電壓規(guī)定值的 1／ 3 倍時(shí)，比較器 2狀態(tài)改變，使觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)回到 原來(lái)的狀態(tài)，這樣周期性的循環(huán)，完成振蕩過(guò)程。因此，對(duì)兩個(gè)恒流源在 I和 2I 電流不對(duì)稱的情 況下，可以循環(huán)調(diào)節(jié)，從最小到最大，任意選擇調(diào)整，所以，只要調(diào)節(jié)電容器充放電時(shí)間不相等，就可獲得鋸齒波等函數(shù)信號(hào)。一般說(shuō)來(lái)，逼近點(diǎn)越多得到的正弦波效果越好，失真度也越小，在本芯片中 N＝ 4，失真度可以小于 1。 Uc的上升使 RS觸發(fā)器的 R 端從低電平躍變?yōu)楦唠娖?，但其輸出不變，一直?Uc 上升到 1／ 3 VCC 時(shí)，電壓比較器 Ⅰ 的輸出電壓躍變?yōu)楦唠娖剑?Q才變?yōu)楦唠娖剑?Q’ 同時(shí)變?yōu)榈碗娖剑?，?dǎo)致電子開關(guān) S 閉合，電容 C 開始放電，放電電流為 IS2－ IS1＝ I，因放電電流是恒流，所以，電容上電壓 Uc隨時(shí)間的增長(zhǎng)而線性下降。由于充電電流與放電電流數(shù)值相等，因而電容上電壓為對(duì)稱三角波形 ,Q 為方波，經(jīng)緩沖放大器輸出。可用單電源供電，也可雙電源供電，他們的值為 177。 正弦函數(shù)信號(hào)的失真度調(diào)節(jié) 由于 ICL8038 單片函數(shù)發(fā)生器所產(chǎn)生的正弦波是由三角波經(jīng)非線性網(wǎng)絡(luò)變換而獲得。圖中， R R2 為定時(shí)電阻，均為可調(diào)式，阻值范圍為 1kΩ～ 1MΩ。由于第 9 腳為集電極開路輸出，必須外接集電極負(fù)載電阻 R4。 b. 當(dāng) R1≠ R2 時(shí) ，矩形波不再是方波，管腳 2 不再是正弦波。用雙電源供電時(shí)，所有輸出波形相對(duì)于地（ GND）電平均是正負(fù)相稱的。 (4)為了使振蕩信號(hào)獲得最佳的特征 ,流過(guò) ICL8038集成電路 4腳和 5腳的電流不能過(guò)大或者過(guò)小 .若過(guò)大 ,將使三角波的線性變壞 ,從而導(dǎo)致正弦波失真度增大 :若過(guò)小 ,則電容的漏電流影響變大 ,通過(guò) ICL8038 集成電路 4 腳和 5腳的最佳電流為 1uA1mA。對(duì)老師的感激之情是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的。 在此，我還要感謝在一起愉快的度過(guò) 四 年 生活的各位同 學(xué) ，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問(wèn)題老是弄不懂，做完 設(shè)計(jì)，那些問(wèn)題就迎刃而解了。所以這 次的 設(shè)計(jì)對(duì)我 的作用是非常大的。同時(shí)，在老師的身上我們學(xué)也到很多實(shí)用的知識(shí)，在 此 我 表示感謝！同時(shí)，對(duì)給過(guò)我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！參考文獻(xiàn) 28 參考文獻(xiàn) [1] 康華光 , 鄒壽彬 ， 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分 (第四版 ). 北京 :高等教育出版社 ,1999 [2] 杜膚生 , 數(shù)字集成電路應(yīng)用精粹 . 北京 :人民郵電出版社 ,2021 [3] 。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。比如一些芯片的功能， 平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，通過(guò) 實(shí)踐讓我 對(duì)各個(gè)元件 印 象深刻。 我 覺 得做 畢業(yè) 設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本