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簡易函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計畢業(yè)論文-展示頁

2025-07-06 21:57本頁面
  

【正文】 范圍為零點幾赫茲到幾百赫茲;超高頻信號發(fā)生器,產(chǎn)生波形一般用LC振蕩電路。用以上原理設(shè)計的信號發(fā)生器,其輸出波形一般只有兩種,即正弦波和脈沖波,其零點不可調(diào)。在實際應(yīng)用中,超低頻波和高頻波一般是不用的,一般用中頻,即幾十赫茲到幾十千赫茲。我們可以把產(chǎn)生各種波形的程序,寫在EPROM中,裝入本機(jī),按用戶的選擇,運(yùn)行不同的程序,產(chǎn)生不同的波形。 函數(shù)信號發(fā)生器的發(fā)展趨勢中國電子測量儀器,隨著世界高科技發(fā)展的潮流,走進(jìn)了高科發(fā)展的道路,為我國國民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)教育、特別是國防軍事的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。 課題完成的工作及研究內(nèi)容熟悉EWB仿真軟件的環(huán)境,掌握EWB操作過程。2 電路仿真 EWB仿真軟件概述 其特點是圖形界面操作,易學(xué)、易用,快捷、方便,真實、準(zhǔn)確,使用EWB可實現(xiàn)大部分硬件電路實驗的功能。電子工作平臺的器件庫可為用戶提供350多種常用模擬和數(shù)字器件, 設(shè)計和試驗時可任意調(diào)用。電子工作平臺的虛擬儀器庫存放著數(shù)字電流表、數(shù)字電壓表、數(shù)字萬用表、雙通道 1000MHz 數(shù)字存儲示波器、999MIHz數(shù)字函數(shù)發(fā)生器、可直接顯示電路頻率響應(yīng)的波特圖儀、16路數(shù)字信號邏輯分析儀、16位數(shù)字信號發(fā)生器等,這些虛擬儀器隨時可以拖放到工作區(qū)對電路進(jìn)行測試,并直接顯示有關(guān)數(shù)據(jù)或波形。 EWB的特點與其他電子電路仿真軟件相比,EWB的特點是:1) 界面直觀、操作方便。2) 電路元器件豐富。3) 仿真手段符合實際。雖然EWB在電子電路設(shè)計與仿真的許多地方都應(yīng)用廣泛,但他還是存在一些缺點:首先,EWB不能實現(xiàn)通過編程來實現(xiàn)的電路設(shè)計與仿真;其次,EWB是一種理想的環(huán)境,在此環(huán)境下工作的電路以及仿真結(jié)果都是理想值,與實際電路的測試仿真結(jié)果有誤差。同時還提供了傅立葉、電路極零點、靈敏度和電路容差等電路分析方法,幫助設(shè)計這分析電路特性。3) 存儲功能在仿真的同時,可以存儲所有測試點的數(shù)據(jù)、波形及測試儀器的工作狀態(tài),并能力儲備仿真電路所有元器件清單。5) 模擬電路與數(shù)字電路混合的模擬功能EWB以Spice3F5為模擬軟件核心,可以在系統(tǒng)中任意集成模擬與數(shù)字元器件,并能自動實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換。7) 下拉式電路編輯菜單功能可以使電路元器件的輸入更為方便快捷。 EWB的工作界面,可以看到Electronics Workbench主窗口,它有菜單欄、常用工具欄、元器件選取欄和電路原理圖編輯窗口組成。主窗口的最上層是菜單欄,從中可以選擇電路分析、實驗與仿真等各種命令;第二層是常用工具欄,從中可以選擇各種操作命令;第三層是元器件庫欄,從中可以選取電路實驗所需的各種元器件與測試儀器;下面最大的區(qū)域便是電路原理圖編輯窗口,也可以成為電路工作區(qū),在這里可以進(jìn)行電路的連接,測試與仿真;最下層是電路描述框,用于電路說明。2) 打開:打開電路文件。4) 打?。捍蛴‰娐肺募?。6) 復(fù)制:將選中的電路復(fù)制至剪貼板。8) 旋轉(zhuǎn):將選中的元器件逆時針旋轉(zhuǎn)90度。10) 垂直翻轉(zhuǎn):將選中的元器件垂直翻轉(zhuǎn)180度。12) 分析曲線:調(diào)出曲線分析框。14) 縮?。簩㈦娐钒匆欢ū壤s小。16) 在線幫助:調(diào)出與選中對象有關(guān)的幫助內(nèi)容。1 2 3 4 5 6 7 元器件庫1)自定義元器件庫 自定義元器件庫中保存的元器件是:使用者根據(jù)需要,自己創(chuàng)建的在EWB元器件庫中沒有收入的元器件和在電路設(shè)計中創(chuàng)建的子電路,可以在電路設(shè)計中隨時調(diào)用。 信號源庫3)基本元器件庫 。 二極管庫5)模擬集成器庫 。(2)選擇單個元器件的方法:單擊要選中的元器件,被選中的所有元器件都以紅色顯示,便于識別。如果要同時選中一組相鄰的元器件,可以在電路工作取得適當(dāng)位置拖拽畫出一個矩形區(qū)域,包圍在該矩形區(qū)內(nèi)的一組元器件即被同時選中。要取消某一元器件的選中狀態(tài),只需使用Ctrl+單擊該元器件。移動元器件至特定的位置,只要拖動該元器件即可。需注意的是與其連接得導(dǎo)線也會重新排列。(4)元器件的調(diào)整。在元器件被選中狀態(tài)下,可用下面三種方式實現(xiàn):1) 菜單方式,菜單欄中命令如下:Circuit/Rotate → 電路/旋轉(zhuǎn)Circuit/Flip Vertical → 電路/垂直翻轉(zhuǎn)Circuit/Flip Horizintal → 電路/水平翻轉(zhuǎn)2) 工具欄圖標(biāo)方式:3) 熱鍵方式:Ctrl+R → 旋轉(zhuǎn)(5)元器件的復(fù)制。要刪除被選中的元器件,按鍵盤Delete鍵,或菜單命令Edit/Delete(編輯/刪除)和Edit/Cut(編輯/剪切)即可。 元器件的參數(shù)設(shè)置在電路中,元器件的參數(shù)設(shè)置是非常重要的一個環(huán)節(jié)。 導(dǎo)線的編輯操作 導(dǎo)線的連接,連接12V電源和地。 連接12V電源和地 導(dǎo)線顏色的改變雙擊要改變顏色的導(dǎo)線,可彈出Wire (a),選擇Schematic Options選項并按下Set Wire Color按鈕,然后選擇合適的顏色。 改變導(dǎo)線的顏色 導(dǎo)線的刪除對準(zhǔn)要刪除的導(dǎo)線,單擊鼠標(biāo)右鍵,選擇Delete Wire即可刪除導(dǎo)線。(b)。 彎曲導(dǎo)線的調(diào)整 導(dǎo)線上插入和刪除元件(a)所示,在導(dǎo)線中插入元器件:只要將元器件直接拖動放置在導(dǎo)線上,然后釋放即可插入電路中,(b)。 導(dǎo)線上插入元器件 節(jié)點的使用節(jié)點是一個小圓點,存放在基本器件庫中,一個節(jié)點有上、下、左、右四個連接點可以連接來自四個方向的導(dǎo)線。 節(jié)點1) 節(jié)點的調(diào)整。可以把導(dǎo)線的接點從左邊改為右邊,(b)所示,整個電路就更整齊、美觀。在電路中,EWB自動為每個節(jié)點分配了一個編號?;螂p擊節(jié)點,可得出設(shè)置節(jié)點對話框,在對話框中對節(jié)點進(jìn)行標(biāo)識、編號與顏色的設(shè)置。2) 把儀器圖標(biāo)連接到電路中的測試點。4) 將放大的儀器拖放到適合的觀察位置。6) 開始仿真。若要激活電路進(jìn)行仿真,可通過三種方式實現(xiàn):1) 圖標(biāo)按鈕方式:單擊窗口右上角的電源開關(guān)。3) 熱鍵方式:按Ctrl+G。而要實現(xiàn)三角波波形,常用有集成運(yùn)放構(gòu)成的積分電路,輸出波形的要求與方波一樣,都是失真度小。為了避免積分其對滯留開環(huán)增益過大,而導(dǎo)致波形失真度大,在此,我將采用閉環(huán)振蕩電路的設(shè)計方案。由于使用靈活、方便,所以,555定時器在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。盡管產(chǎn)品型號繁多,但所有雙極型產(chǎn)品型號最后的3位數(shù)碼都是555,所有COMS產(chǎn)品型號最后的4位數(shù)碼都是7555。為了提高集成度,隨后又產(chǎn)生了雙定時器產(chǎn)品556(雙極型)和7556(COMS型)。它有比較器、基本RS觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管三部分組成。和的參考電壓(電壓比較的基準(zhǔn)),和由經(jīng)三個5K電阻分壓給出。如果外接固定電壓,則=,=。只要在端加上低電平,輸出端便立即被置成低電平,不受其他輸入端狀態(tài)的影響。圖中1—8為器件引腳的編號。當(dāng),時, =1,=1,觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變,因而和輸出的狀態(tài)也維持不變。當(dāng),時, =0,=0,觸發(fā)器處于==1的狀態(tài),處于高電平,同時截止。 CB555的功能表輸入輸出狀態(tài)0低導(dǎo)通1低導(dǎo)通1不變不變1高截止1高截止為了提高電路的帶負(fù)載能力,還在輸出端設(shè)置了緩沖器。555定時器能在很寬的電源電壓范圍內(nèi)工作,并可承受較大的負(fù)載電流。COMS型7555定時器的電源電壓范圍為3—18v,但最大負(fù)載電流在4mA以下。施密特觸發(fā)器(Schmitt Trigger)是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路。第二,在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時,通過電路內(nèi)部的正反饋過程是輸出電壓波形的邊沿變得很陡。 施密特觸發(fā)器電路圖和波形圖由于比較器和的參考電壓不同,因而基本RS觸發(fā)器的置0信號(=0)和置1信號(=0)必然發(fā)生在輸入信號的不同電平。為了提高比較器參考電壓和的穩(wěn)定性。因此,=其次再分析從高于開始下降的過程:當(dāng)〈〈時,==1,故=不變;當(dāng)〈以后,=1,=0,Q=1,故=,因此,=由此得到電路的回差電壓為==如果參考電壓由外接的電壓提供,則不難看出這時=,=,=。集成運(yùn)放也可以構(gòu)成滯回比較器,它具有滯回特性,即具有慣性,因而也就具有一定的抗干擾能力。而555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器具有滯回特性和輸出電平轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用。 單穩(wěn)態(tài)電路的電路圖和波形圖如果沒有觸發(fā)信號時,處于高電平,那么穩(wěn)態(tài)時這個電路一定處于==1,Q=0,=0的狀態(tài)。故==1,Q=0及=0的狀態(tài)將穩(wěn)定的維持不變。當(dāng)充到= 時,變?yōu)?,于是將觸發(fā)器置0。此后由于==1,觸發(fā)器保持0狀態(tài)不變,輸出也相應(yīng)的穩(wěn)定在=0的狀態(tài)。當(dāng)觸發(fā)脈沖的下降沿到達(dá),使跳變到以下時,使=0(此時=1),觸發(fā)器被置1,跳變?yōu)楦唠娖剑娐愤M(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)充至=時,變成0。同時又變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài),電容C通過迅速放電,直至0,電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。等于電容電壓在充電過程中從0上升到所需要的時間,因此得到:通常R的取值在幾百歐姆到幾兆歐姆之間,電容的取值范圍為幾百皮法到幾百微法。但必須注意,隨著得寬度增加,它的精度和穩(wěn)定度也將下降。電源接通后,Vcc通過電阻RR2向電容C充電。C放電終止、又重新開始充電,周而復(fù)始,形成振蕩。 多諧振蕩器的電路圖和波形圖由仿真結(jié)果我們知道:電路的振蕩周期T、占空系數(shù)D,僅與外接元件RR2和C有關(guān),不受電源電壓變化的影響;改變RR2,即可改變占空系數(shù),其值可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié);改變C的值,可單獨改變周期,而不影響占空系數(shù)。復(fù)位端4為低電平時,電路停振。放大器是一種二端口器件,它接受一個成為輸入的外加信號,產(chǎn)生一個成為輸出的信號并使輸出=增益輸入,這里增益是某一種合適的比例常數(shù)。一個放大器接受來自上面某個源的輸入,并將它的輸出向下輸送到某個負(fù)載。最普遍的就是電壓放大器,它的輸入和輸出都是電壓。輸入端口通常起一個純無源的作用,所以只用一個電阻來建模稱之為該放大器的輸入電阻。值得注意的是,輸入源也是用戴維南等效給于建模的,它由源電壓和串聯(lián)電阻構(gòu)成;輸出負(fù)載起無源的作用,用電阻建模。所以稱為無載或開路電壓增益。這些衰減統(tǒng)稱之為加載效應(yīng)?;谶@個原理,最常見而且比較好實現(xiàn)的方法就是運(yùn)用集成運(yùn)放構(gòu)成的積分電路。,由于集成運(yùn)放的同相輸入端通過接地,為“虛地”。 當(dāng)為常數(shù)時,當(dāng)輸入為節(jié)約信號時,若時刻電容上的電壓為零,(a)所示。 t t VoVott(b)(a)tVot(c) 積分運(yùn)算電路在不同輸入情況下的波形(a)輸入為階躍信號 (b)輸入為方波 (c)輸入為正弦波在實用電路中,為了防止低頻信號增益過大,常在電容上并聯(lián)一個電阻加以限制。在前面已經(jīng)介紹過,產(chǎn)生方波的方法不外乎有兩種,一種是通過各種多諧振蕩器直接產(chǎn)生方波,另一種則是利用各種整形電路將原有的周期性的波形整形為符合要求的波形。LM741集成運(yùn)放的工作電壓為,所以我用的直流電壓源的伏值為。通過恒流源交替的對電容充電和放電,就形成了三角波。這正是我所設(shè)計的地方。當(dāng)時,Q=0,故;當(dāng)時,故保持低電平不變;當(dāng)時,Q=1,故=1;所以,滯回電壓值為:。調(diào)節(jié)電位器可改變輸出波形的頻率,還可以通過改變R1和R2的比例來改變頻率的大小,但是改變頻率的同時也會改變占空比。 而要改變輸出波形的頻率,則要改變直流電壓的伏值,因為輸出波形的幅度取決于供電源的伏值。
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