项目信号发生器设计与制作相关知识eeki.ppt

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1、模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用常州机电技术学院电气工程系常州机电技术学院电气工程系钱金法常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用n项目一 电子工艺基础训练n项目二 放大电路的装配与调试n项目三 信号发生器设计与制作n项目四 直流稳压电源装配与调试n附录一 半导体器件命名n附录二 仿真软件的使用项目三项目三 信号发生器设计与制作信号发生器设计与制作常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用模块一模块一 RC RC震荡器的装配与调试震荡器的装配与调试模块二模块二 LC LC振荡骑的装配与调试振荡骑的装配与调试模块三模块三 集成函数发生器的应用集成函数发生器的

2、应用常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 项目三项目三 信号发生器设计与制作信号发生器设计与制作n一、学习目标一、学习目标终极目标终极目标：能够根据要求利用分立元件或集成芯片完成一个简单的信号发生器设计与制作促成目标促成目标：1掌握波形发生器的电路组成及性能分析2能运用分立元件及集成芯片设计简单的信号发生器3会根据原理图安装调试信号发生器常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n二、工作任务二、工作任务1完成利用分立元件组装RC振荡器并进行调试2完成利用分立元件组装LC振荡器并进行调试3利用ICL8038组装简易信号发生器并进行调试常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用模块一模块一 RC

3、震荡器的装配与调试n一、学习目标一、学习目标终极目标终极目标：能完成RC振荡电路设计与制作。促成目标促成目标：1掌握RC振荡电路的选频特性。2能根据RC振荡电路原理图进行安装调试。3能对RC振荡电路进行分析和故障诊断。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n二、工作任务二、工作任务1根据图3-1-1组装RC振荡器。2调节RF，使电路起振，测试电路的振荡频率。3分析电路的工作原理。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用图3-1-1 常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n三、理论知识三、理论知识 信号产生电路分为正弦波振荡电路正弦波振荡电路和非正弦波振荡电非正弦波振荡电路路，正弦波振荡器是

4、一种不需外加信号作用，能够输出正弦信号的自激振荡电路。正弦波振荡电路又分为RC振荡器、LC振荡器、石英晶体振荡器等。1 1正弦波振荡器的基本知识正弦波振荡器的基本知识 （1 1）自激振荡自激振荡:一个放大电路通常在输入端接上信号源的情况下才有信号输出。如果输入端不外接信号，电路仍有某一频率的信号输出，这种现象就是放大电路的自激振荡。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用如左图所示的框图与我们前面所讲的负反馈有点类似，不过其反馈变成了正反馈。图中输入信号为Xi，输出信号为Xo，输出信号通过反馈电路F馈送回输入端的信号为Xf，设法使，即它们大小相等、相位相同，则反馈信号就可以完全代替外加输入信号

5、。这时，去掉输入信号，用反馈信号替代输入信号，输出信号的幅度仍保持不变，放大器就变成自激振荡器。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用（2 2）振荡条件）振荡条件:建立：必须具有选频特性的正反馈放大器。稳定：靠非线性条件限制振荡幅度。实际上，当幅度足够后，再增大Uo，将出现非线性失真(截止或饱和)，此时Au限制幅度继续增长，直至AF=1最终达到平衡，获得稳幅振荡。即，振荡条件为：1）振幅平衡条件:公式1即反馈信号等于输入信号常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 2）相位平衡条件:（n=0,1,2,）公式2 即反馈信号与输入信号同相，电路为正反馈。当电路电源启动瞬间和或有扰动或噪声使电路输

6、入端有微小的增量，相当于一个初始信号，经过放大反馈再放大再反馈循环，振荡由小大建立起来，尤其是其中特定o(由选频网络而定)的信号幅度最大。其它频率被衰减。而从微弱信号逐渐增大，电路处于增幅。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 公式1 所表示的振幅平衡条件，是指振荡电路已进入稳态振荡而言的，欲使振荡电路能自行建立振荡，就必须满足的条件，故也称为起振条件。这样，在接通电源后，振荡电路就有可能自行起振，或者自激，最后趋于稳态平衡（见下图所示）。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用2 2RCRC正弦振荡器正弦振荡器典型的RC振荡器有文氏桥振荡器和移相振荡器。它们适于产生1Hz1MHz的低频振

7、荡，频率稳定度约在10-210-3量级之间。（1）RC移相式振荡器 1)RC移相选频原理 RC电路具有超前移相或滞后移相两种 （a）RC超前移相电路 （b）RC滞后移相电路 常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用在移相电路中，若用其中一种移相电路作为反馈网络，至少需三节RC超前或滞后电路串接，才能相移180，因为一节RC电路最大相移不超过90。2)RC移相式振荡电路 RC移相式振荡电路分为相位超前的相位超前的RCRC移相式正弦波振荡电路移相式正弦波振荡电路和相位滞后相位滞后的的RCRC移相式正弦波振荡电路移相式正弦波振荡电路.图3-1-2 RC移相式正弦波振荡电路 常州机电职业技术学院 模拟

8、电子技术与应用因为基本放大电路在很宽的频率范围内其 度 若要求满足振荡相位条件，必须在RC移相网络中也移相，故图1的 RC移相式正弦波振荡电路是采用三级RC超前移相电路组成的RC移相振荡器。振荡频率 起振条件：放大器A的电压放大倍数：频率范围：几赫数十千赫。RC 移相式振荡电路具有结构简单、经济方便等优点。其缺点是选频性能较差，频率调节不方便，由于输出幅度不够稳定，输出波形较差，一般只用于振荡频率固定，稳定性要求不高的场合。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用（2）RC串并联式正弦波振荡器(文氏桥振荡器)RC串并联式正弦波振荡电路又称为文氏桥正弦波振荡电路。1）RC串并联网络的选频特性 图

9、3-1-3串并联网络及其高低频等效电路 （a）RC串并联电路 （b）低频等效电路 （c）高频等效电路 0 Fu .0 f90-90 RC 串并联选频网络串并联选频网络 式中式中:0=1/RC当当 =0 时时 Fu=1/3.=0常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 2）文氏桥正弦波振荡电路 组成：文氏桥正弦波振荡电路，其放大电路为同相比例电路反馈网络和选频网络由串并联电路组成 如图3-1-4所示 A=2n F=0同相同相放大器放大器常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用电路：如图3-1-5常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用振荡频率：振荡条件：应

10、用：Rf不应当太大，否则方波会变成方波 常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用稳幅措施：稳幅措施：因为振荡以后，振荡器的振幅会不断增加，由于受放大环节非线性区的限制，当输出电压的幅值增大到一定程度后，随之减小(反之增大)，最终使=1，这就可以维持Uo的幅值基本不变。为使电 Au 为非线性，起振时，应使 Au 3，稳幅后 Au=3。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用二极管稳幅：如图3-1-6所示8R1R2V1V2R38.2 k 6.2 k 22 k 4.3 k 0.01 F8.2 k 12.4 k R2 8.1 k 起振时信号小，起振时信号小，二极管电阻大二极管电阻大Au 1+(R2+R

11、3)/R1 3R2 2R1-R3起振后二极管电阻逐渐减小，起振后二极管电阻逐渐减小，Au 1+R2/R1=3为使失真小：为使失真小：R2 2R1f0=1.94 kHz常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n四、技能训练四、技能训练 1 1RCRC桥式振荡器的仿真测试桥式振荡器的仿真测试 （1）由运放代替图1的两级放大器（如图3-1-7所示），通过调节电位器2，使电路起振，并形成正弦波输出；（2）调节电位器1，观察输出频率的变化。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用图3-1-7 RC振荡器仿真测试常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 2 2RCRC振荡器的组装与调试振荡器的组装与调试

12、以图1为操作对象 (1)RC振荡器的组装 检测发放的所有元器件参数，作好记录。利用多孔板安装RC振荡器电路。(2)电路参数调试与调整 1）RC串并联网络的幅频特性测量 将A和A，B和B断开，在RC串并联网络的点加上有效值UA为（用交流毫伏表测量）的正弦信号，改变信号频率，在RC串并联网络的点处用毫伏表逐点测出相应的电压B。将测量结果填入表1中。（注意，在测量过程中，要保持UA=不变）。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用表3-1-1f(kHz)0.010.11.0010.0100.0UA（v）3333B（v）lg(f)常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 2）振荡器振荡频率fo的计算与

13、测量 接通RC串并联网络，并使电路起振，用示波器观测输出电压uo波形，调节Rf使振荡器的输出波形为最大且不失真的正弦波，用示波器测出振荡频率。将测量结果填入表3-1-2中，计算出理论值并与实验值相比较。改变RC的值，测量器振荡频率，将测量结果填入表2中。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用表3-1-2Uo波形(V)元件值C(uF)元件值R（）计算值fo（Hz）测量值f（Hz）相对误差ffo常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n五、练习五、练习 设计一文氏桥正弦波振荡电路，要求电路输出频率为1000HZ。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用模块二模块二 LC振荡骑的装配与调试振荡骑的

14、装配与调试n一、学习目标一、学习目标终极目标：终极目标：利用分立元件完成振荡电路设计与制作。促成目标：促成目标：1掌握RC、LC振荡电路的选频特性。2能根据原理图设计出相应PCB。3能正确运用电子仪器对函数发生器进行性能指标调试。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n二、工作任务二、工作任务 1设计一电容三点式正弦信号发生器，输出信号频率为1MHz。2对所设计的电路进行安装调试。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n三、理论知识三、理论知识 用LC并联谐振回路作为选频网络的振荡器称为LC振荡器，LC振荡器根据反馈电压取出的方式不同，分为变变压反馈式、电感和电容三点式三种压反馈式、电感和

15、电容三点式三种。类型：类型：变压器反馈式变压器反馈式、电感三点式、电感三点式、电容三点式电容三点式1 1、变压器反馈式、变压器反馈式 LCLC 振荡电路振荡电路LrC(1)(1)LC 并联回路的特性并联回路的特性Is.L 的等的等效损耗效损耗电阻电阻Z常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用1 1）.谐振频率谐振频率 f f0 02 2）.谐振阻抗谐振阻抗 Z Z0 03 3）.回路品质因数回路品质因数 Q Q 常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用4 4）.频率特性频率特性 0Z Z 0 Q 大大Q 小小 0 f90-90Q 增大增大幅频特性幅频特性相频特性相频特性常州机电职业技术学院 模

16、拟电子技术与应用5 5）.并联谐振的本质并联谐振的本质 电流谐振电流谐振LuCr+iiLiC1)Z=Z0 呈纯阻呈纯阻2)形成形成环流环流，大小是总电流的，大小是总电流的 Q 倍倍 ICILUI常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用2 2变压器反馈式变压器反馈式LCLC正弦波振荡电路正弦波振荡电路（1 1）电路组成电路组成 变压器反馈的特点是用变压器的初级或次级绕组与特点是用变压器的初级或次级绕组与电容电容C C构成构成LCLC选频网络选频网络。振荡信号的输出和反馈信号的传递都是靠变压器耦合完成的。图3-2-1所示电路为变压器反馈式LC正弦波振荡器的基

17、本电路，它由放大电路、LCLC选频网络和变压器反馈电路三部分选频网络和变压器反馈电路三部分组成。（2 2）变压器反馈式振荡电路振荡条件与频率）变压器反馈式振荡电路振荡条件与频率 如图如图3-2-13-2-1LC+VCCVRERB1RB2CECB满足相位平衡条件满足相位平衡条件常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用（3 3）电路特点）电路特点 变压器反馈式振荡电路的特点是电路结构简单，容易起振，改变电容大小可方便地调节振荡频率。在应用时要特别注意线圈L2的极性，否则没有正反馈，无法振荡。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用3 3电感和电容三点式电感和

18、电容三点式LCLC振荡器振荡器 把并联LC回路中的C或L分成两个，则LC回路就有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个极相连，就形成了LC三点式正弦波发生电路。它们又分为电感三点式和电容三点式两类。如图3-2-2 (a)电感三点式 (b)电容三点式常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用（1 1）电感三点式（电感反馈式）电感三点式（电感反馈式）1）电路组成 电感反馈式LC正弦波振荡电路如图3-2-2a所示，因为反馈电压取自电感N1上的电压，故而得名。三极管放大电路接成共发射极形式，交流时并联谐振回路的三个端点相当于分别与晶体管的三个电极相连，所以又称为电感三点式振荡电路。2）振荡条件及频率

19、用瞬时极性法判断相位条件，反馈为正反馈，满足振荡的相位条件。振荡的幅值条件可以通过调整放大电路的放大倍数Au和L2上的反馈量来实现。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用该电路的振荡频率基本上由LC并联谐振回路决定：（式中M为线圈L1与L2的互感）若要满足起振条件，管子的值应选得大些，一般有式中，R为包括其他折合电阻在内的谐振回路总损耗电阻。实际上并不常按 公式去挑选管子，只要适当选取L2/L1的数值，即改变线圈抽头的位置就可以使电路起振，一般取反馈线圈的匝数为电感线圈总匝数的1/81/4即可起振常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用3）特点优点：优点：缺点：缺点：易起振易起振(L 间耦合

20、紧间耦合紧)；易调节易调节(C 可调可调)。输出取自电感，对输出取自电感，对高次谐波阻抗大，高次谐波阻抗大，输出波形差。输出波形差。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用（2 2）电容三点式）电容三点式LCLC振荡器振荡器 1）电路组成 电容反馈式LC正弦波振荡电路如图3-2-2b所示，电容C1、C2与电感L组成选频网络，该网络的端点分别与三极管的三个电极或与运放输入、输出端相连接。2）振荡条件和振荡频率 用用瞬时极性法判断相位条件，反馈为正反馈，满足相位条件，振荡的幅值条件可以通过调整放大电路的放大倍数Au和反馈量来实现。振荡频率为：起振条件：应使三极管的满足 常州机电职业技术学院 模拟电

21、子技术与应用3）电路特点 频率较高，可达100MHz以上。优点：输出波形好。缺点：调节频率不方便。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用4.4.拓展知识石英晶体拓展知识石英晶体(Crystal)(Crystal)振荡电路振荡电路(1)(1)石英晶体谐振器的阻抗特性石英晶体谐振器的阻抗特性1）结构和符号结构和符号化学成分化学成分 SiO2结构结构晶片晶片涂银层涂银层焊点焊点符号符号常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用2）.压电效应压电效应形变形变形变形变机械振动机械振动外力外力外力外力压电谐振压电谐振外加交变外加交变电压的频率等电压的频率等于晶体固有频于晶体固有频率时，机械振率时，机械振动

22、幅度急剧加动幅度急剧加大的现象。大的现象。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用3）等效电路）等效电路rqC0CqLqLq 晶体的动态电感晶体的动态电感10-3 102 H)(大大)Cq 晶体的动态电容晶体的动态电容(I01电子开关 S S111188+VCCRRRRSCI01I02uC6 69 93 32 2-VEE或地或地10101010反相器反相器电压跟随器电压跟随器正弦波变换器正弦波变换器常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用当当 Q=0，S 断开，断开，C 充电充电(I01)至至 2/3VCCQ=1当当 Q=1，S 闭合，闭合，C 放电放电(I02-I01)至至 1/3VCCQ=

23、0当当 I02=2I01，引脚引脚 9 输出方波，引脚输出方波，引脚 3 输出三角波；输出三角波；当当 I02 2I01，引脚引脚 9 输出矩形波，引脚输出矩形波，引脚 3 输出锯齿波。输出锯齿波。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用2.2.应用应用12345678ICL8038141312111091314正弦波正弦波失真度调整失真度调整正弦波失正弦波失真度调整真度调整正弦波输出正弦波输出三角波输出三角波输出矩形波输出矩形波输出调频偏置调频偏置电压输入电压输入调频偏置调频偏置电压输出电压输出接电阻接电阻 RA接电阻接电阻 RB接电容接电容 C+VCC-VEE(或地或地)常州机电职业技术学

24、院 模拟电子技术与应用调占空比和正弦波失真调频率调占空比和正弦波失真RP2RP4 RP1+VCC-VEERRAICL8038451310 11128RBRP3CC1692常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n四、技能训练四、技能训练以图3-3-1为操作对象 1按照印刷电路设计要求，对图3-3-1所示电路进行印刷电路板图设计。2检测发放的所有元器件参数，作好记录。并利用多孔板安装电路。3电路参数调试与调整 （1）按图3-3-1所示的电路图组装电路，取C0.01f，W1、W2、W3、W4均置中间位置。（2）调整电路，使其处于振荡，产生方波，通过调整电位器W2，使方 波的占空比达到50。（3）保

25、持方波的占空比为50不变，用示波器观测8038 正弦波输出端的波形，反复调整W3，W4，使正弦波不产生明显的失真。（4）调节电位器W1，使输出信号从小到大变化，记录管脚8的电位及测 量输出正弦波的频率，列表记录于表3-3-1中。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用表3-3-1正弦波的频率 管脚8的电位（5）改变外接电容C的值，观测三种输出波形，记录于表3-3-2并作比较.表3-3-2波型C0.1f C0.01f C1000pf正弦波三角波方波常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n五、练习五、练习 1运用ICL8038设计一函数发生器，该函数发生器能输出正弦波、三角波、和矩形波，输出信号频率为10Hz10Mhz（可分段实施），输出信号幅度为05V连续可调，最大输出功率不小于1W（可加一级OCL电路）。2对所设计的电路进行安装调试。