【正文】 度可調(diào)的正弦波信號(hào)。整個(gè)系統(tǒng)首先需要采集信號(hào)，采集信號(hào)就需要有信號(hào)源， 信號(hào)源作為一種基本電子設(shè)備 ， 無(wú)論是在教學(xué)、科研還是在部隊(duì)技術(shù)保障中，都有著廣泛的使用。 各種電器設(shè)備要正常工作，常常需要各種波形信號(hào)的支持。 (2)在 Multisim 軟件中進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果顯示正弦 波，并 實(shí)現(xiàn) 頻率、幅度的可調(diào)且輸出波形穩(wěn)定。 （ 4）在 Multisim 軟件中進(jìn)行仿真 ，能夠仿真出脈沖波，并且 脈沖信號(hào)源實(shí)現(xiàn)頻率、幅度、占空比可調(diào)。國(guó)內(nèi)外也有很多關(guān)于這方面的研究，根據(jù)不同的要求設(shè)計(jì)不同的方案，有基于 DSP 實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)源的產(chǎn)生，基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)源的產(chǎn)生，有基于 FPGA 進(jìn)行 高速脈沖信號(hào)源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [2]，也有高精度設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)正弦激勵(lì)信號(hào)源等等以及相關(guān)的一些技術(shù)研究問(wèn)題。 3 （ 三 ） 課題研究方法 根據(jù)書中知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)頻率、幅度或占空比可調(diào)的正弦信號(hào)源與脈沖信號(hào)源是完全可能的。由此方法得到的信號(hào)波形雖不如市面出售的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的波形信號(hào)，但該設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單易行，對(duì)我們知識(shí)的鞏固研究更有幫助。 4 振蕩電路工作原理 要產(chǎn)生自激振蕩 [3]，電路中必須引入反饋信號(hào)且反饋量必須與放大電路的輸入量處在一個(gè)相對(duì)平衡的狀態(tài)，即 ..1?AF ，寫成模與相角 的形式為： 2AF nn? ? ? ? ???? 取 整 數(shù) ） （ 2–1） ..1?AF （或 1AF??） （ 2–2） 式（ 2– 1）稱為相位平衡條件，式（ 2– 2）稱為幅值平衡條件。反饋網(wǎng)絡(luò)的相移 F? 通常在窄帶范圍內(nèi)也可認(rèn)為與頻率無(wú)關(guān)。 幅值平衡條件 1AF??中， 0 iA U U? ，即 0 iU AU? ， 0fF U U? ，所以 00 1ffiiUUUAF U U U? ? ? ? ? （ 2–5） 即 fiUU? ，這就是說(shuō)，振幅平衡條件是反饋電壓的幅值等于放大器輸入電壓幅值。但有一點(diǎn)必須注意的是只有電路滿足相位平衡條件的情況下判斷是否滿足幅值條件才有意義。 （ 1）放大電路 放大電路是保證電路能夠起振的部分 ,也是整個(gè)振蕩電路中不可少的部分。對(duì)于正弦振蕩電路來(lái)說(shuō)，對(duì)放大電路的要求是放大倍數(shù) A 必須與選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù) F 相匹配，滿足兩者向量點(diǎn)積大于等于 1，并且在實(shí)際中，具有盡可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻，目的是減小這部分電路對(duì)選頻特性的影響，使振蕩頻率幾乎僅僅決定 7 于選頻網(wǎng)絡(luò)。這類器件的主要特點(diǎn)是價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大面廣 ,其性能指標(biāo)能適合于一般性使用。實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)的主要措施是利用場(chǎng)效應(yīng)管高輸入 阻抗的特點(diǎn) ,用場(chǎng)效應(yīng)管組成運(yùn)算放大器的差分輸入級(jí) 。低溫漂型運(yùn)算放大器就是為此而設(shè)計(jì)的。常見(jiàn)的運(yùn)放有 LM31 mA715等 ， 其 SR=50~70V/ms，BWG＞ 20MHz。18V ，消耗電流為 50～ 250mA。若要提高輸出電壓或增大輸出電流 ， 集成運(yùn)放外部必須要加輔助電路。 理論上，任何滿足放大倍數(shù)要求的放大電路與 RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)都可組成正弦波振蕩電路，但是實(shí)際上所選用的放大電路應(yīng)具有盡可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻。 177。18V — 30 150 u V/V AVO 開(kāi)環(huán)電壓增益 RL≥ 2KΩ V0=177。177。根據(jù)任務(wù)要求產(chǎn)生振蕩頻率為 20HZ～ 2KHZ的正弦信號(hào)，選擇 RC 型選頻網(wǎng)絡(luò)就可以滿足。因?yàn)?RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)在正弦波振蕩電路中既為選頻網(wǎng)絡(luò)，又為正反饋網(wǎng)絡(luò)，所以其輸入電壓為 .OU ，輸出電壓為 .fU 。 圖 RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) 11 當(dāng)信號(hào)頻率足夠高時(shí)， 1 RwC??，因而網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化電路及其電壓和電流的向量圖如圖 所示。逐漸變化到 90176。 ...111fR jwCRRjwC jwC????? ? ? ?OUFU （ 2–7） 整理可 得： . 113 ( )j w RC w RC? ??F （ 2–8） 令0 1w RC?， 則 0 12f RC?? 代入（ 2–8）式得 .0013 ( )ffj ff? ??F （ 2–9） 幅頻特性 為： .220013 ( )ffff???F （ 2–10） 圖 低頻段等效電路及其向量圖 圖 高頻段等效電路及其向量圖 12 相頻特性為 ： 001a r c ta n ( )3F ffff? ? ? ? （ 2–11） 由上述式子得： 當(dāng) 0ff? 時(shí) ， . 13F?， 即 ..013f ?UU， 0F? ? ? 。當(dāng)然，也可選用負(fù) Rf 為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。本設(shè)計(jì)中采用 555 構(gòu)成的多諧振蕩器直接產(chǎn)生矩形脈沖。 脈沖寬度 tw— 從脈沖前沿到達(dá) 起，到脈沖后沿到達(dá) 為止的一段時(shí)間。 圖 加入并聯(lián)二極管的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路 14 555 定時(shí)器工作原理 555 定時(shí)器（又稱時(shí)基電路）是一種將模擬功能和邏輯功能巧妙 結(jié)合在同一塊硅片上的線性集成電路，它是數(shù)字電路和模擬電路相結(jié)合的電路，能夠產(chǎn)生時(shí)間延遲和多種脈沖信號(hào)。 555 定時(shí)器產(chǎn)品型號(hào)繁多，但所有雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后的 3位數(shù)碼都是 555，所有 CMOS 產(chǎn)品型號(hào)最后的 4 位數(shù)碼都是 7555。在控制電壓輸入端 VCO 懸空時(shí)，1 23R CC?VV，2 13R CC?VV。正常工作時(shí)必須使 DR 處于高電平，即 4 腳一直接高 電平。 當(dāng) 11IRv ?V 、 22IRv ?V 時(shí)， 1 0Cv ? 、 2 0Cv ? ，觸發(fā)器處于 1??的狀態(tài)，Ov 處于高電平，同時(shí) TD 截止。ov 接至 1Iv 端，同時(shí)在 1Iv 對(duì)地接入電容 C，就構(gòu)成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，除此之外還可以在施密特觸發(fā)器的基礎(chǔ)上改接成多諧振蕩器 [10]，如圖 所示。 圖 用 555 定時(shí)器接成的多諧振蕩器 17 圖 所示的多諧振蕩器中電容 C 上的電壓 Vc 在 VT+和 VT之間往復(fù)振蕩，則電容 C 的充電時(shí)間 T1和放電時(shí)間 T2各為： 39。 39。1 2 1 2 1 2( ) l n 2 ( ) l n 2WT T T R R C R R R C? ? ? ? ? ? ? （ 2–15） 振蕩頻率為： 1211( ) ln 2Wf T R R R C?? ?? （ 2–16） 由式（ 2–11）和（ 2–13）求出輸出脈沖占空比為： 39。 1212 WT R Rq T R R RRR? ? ? ??? （ 2–17） 圖 用 555 定時(shí)器 接 成的 占空比、頻率可調(diào)的 多諧振 蕩器 18 （ 2）放大電路 在多諧振蕩器輸出端接入一個(gè)引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋的放大電路，目的是實(shí)現(xiàn)幅度可調(diào)。圖中集成運(yùn)放uA741 由177。 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)由兩個(gè)二極管 D1,D2 并聯(lián)一個(gè) 20KΩ 大小的電阻 R3組成，負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)由 D D R R R R6共同組成，其中 R4是可調(diào)電阻，目的是使電路起振并實(shí)現(xiàn)幅度可調(diào)，范圍是 0～ 10KΩ。 33339。二極管 D D4對(duì)輸出波形起到穩(wěn)幅作用。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 Multisim 可以說(shuō)是 EWB 軟件的一個(gè)延伸與升級(jí)版本，具體仿真過(guò)程中我用了 Multisim 版本，該版本具有很明顯的優(yōu)勢(shì)： (1)豐富的元件和測(cè)試 儀器 ； (2)動(dòng)態(tài)可視化效果 ； (3)通過(guò)直觀的電路圖捕捉環(huán)境 , 輕松設(shè)計(jì)電路 ； 22 (4)借助高級(jí)電路分析 , 理解基本設(shè)計(jì)特征 ； (5)通過(guò)一個(gè)工具鏈 , 無(wú)縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測(cè)試 。 R17 9 5 .8 ΩR27 9 5 .8 ΩR37 8 .8 k ΩK e y = A0%R47 8 .8 k ΩK e y = A 0%C11 0 0 n FC21 0 0 n FD1D I O D E _ V I R T U A LD2D I O D E _ V I R T U A LV C C12VV E E 1 2 VR710kΩK e y = A65%XSC2T e kt ro n i x1 2 3 4 TGP3460U1U A 7 4 1 C D3247651V C CV E EXSC3A BE x t T r i g++__+_5R520kΩ10R650kΩR836kΩ2107圖 RC 橋式振蕩電路仿真 圖 23 根據(jù)正弦波起振條件當(dāng)電位器 R7 滑動(dòng)端滑到 25%時(shí)觀察到示波器上開(kāi)始出現(xiàn)振蕩波形如圖 ，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間幅度穩(wěn)定在一固定值如圖 。 觀察到穩(wěn)定的正弦波形后同時(shí)調(diào)節(jié)可調(diào)電位器 R R4 發(fā)現(xiàn)波形頻率發(fā)生改變，如圖 所示為頻率減小過(guò)程。 如圖 所示是當(dāng) R5 接入電路中的比例變化時(shí)的波形變化圖，圖 所示是當(dāng)調(diào)節(jié) R2 比例大小時(shí)的波形變化圖，圖 所示是調(diào)節(jié)電容 C2 時(shí)波形變化圖。 表 4–2 矩形波占空比可調(diào)范圍 R1(KΩ) X(%) R3(KΩ) q(%) 理論值 測(cè)量值 1 0 1 1 20 1 1 40 1 1 60 1 1 80 1 1 100 1 注： X 為 R2中接入充電支路的電阻阻值大小占整個(gè) R2阻值大小的百分比 由上表看出理論上占空比的可調(diào)范圍是 2%～ 98%，實(shí)際的測(cè)量中因?yàn)榉抡媸静ㄆ鞅旧泶嬖诘恼`差以及測(cè)量誤差導(dǎo)致占空比的可調(diào)