信号与系统课程设计 函数发生器 Multisim

+
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R +R
R Vt
。其输出的上下门限电压为 和VT− =
R VREF R +R
R +R
R VtH
+
R +R
R VtL
。
图 3
图 4
运用数学运算电路——积分电路，可以实现由方波向三角波的转换。积
2
分电路如图所示， 利用运放理想特性有 进行充电。 假定电容初始电压为 0， 则有
㈠
= t， = t， 因此有电容以
㈠
= t。放大电路和
th
㈠
时其选频网络的幅
= 而相频响应的相 ， 组成的
频率成分，经不断放大后输出，最后趋于稳定。电路中的 D1， D2
作用为利于起振和稳幅。 3.2 方波产生电路的工作原理 方波产生电路主要应用迟滞比较器实现， 迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的 比较器，其抗干扰能力较普通比较器更好。 比较器中运放处于正反馈状态，运放 VP=VN 时是输出电压转换的临界条件， 当VI >VP 时，输出电压为低电平VOL ，反之则为高电平。 故VP即为门限电压VT 。利用叠加原理有：VP = VT =
电气与电子工程学院
《信号与系统》
课 程 设 计
设计题目 信号发生器的设计与实现 指导老师 班 姓 学 级 名 号 韩***** 气卓 1501 班 hwhuang U201****43 2017 年 8 月 22 日
完成日期
目录
1 函数信号发生器的电路设计原理及方案........................................................ 1 1.1 原理框图.................................................................................................. 1 1.2 函数发生器的总方案.............................................................................. 1 2 设计的目的及任务要求.....................................................................................1 2.1 课程设计目的.......................................................................................... 1 2.2 课程设计任务要求.................................................................................. 1 3 各组成部分的工作原理.....................................................................................2 3.1 正弦波产生电路的工作原理.................................................................. 2 3.2 方波产生电路的工作原理...................................................................... 2 3.3 三角波波产生电路的工作原理.............................................................. 2 3.4 锯齿波产生电路的工作原理.................................................................. 3 4 电路形式及参数计算.........................................................................................4 4.1 电路原理设计图（拟设计频率 994HZ）（应用 multisim 绘制）...... 4 4.2 电路设计过程.......................................................................................... 4 4.3 电路参数计算.......................................................................................... 4 5 电路仿真及结果分析.........................................................................................6 5.1 在设计频率（994HZ）下输出波形瞬态仿真结果（应用 Multisim 仿 真）........................................................................................................................ 6 5.2 在设计频率（994HZ）下各级输出电压幅值....................................... 7 6 电路优化及改进要求.........................................................................................7 6.1 信号发生器频率调节要求...................................................................... 7 6.2 信号发生器幅值调节要求...................................................................... 7 7 信号发生器调频、调幅功能实现及仿真........................................................ 7 7.1 极限频率的确定...................................................................................... 7 7.2 高频信号的诸多限制.............................................................................. 8 7.3 调频电路设计.......................................................................................... 9 7.3 正弦波调频、调幅电路瞬态仿真及结果分析.................................... 10 7.4 正弦波信号幅值瞬态仿真.................................................................... 13 7.5 方波信号频率、幅值仿真测试............................................................ 13 7.6 三角波发生电路调频及调幅方式........................................................ 14 8 电路改进—高速运放的应用...........................................................................15 参考文献.............................................................................................................. 15 附录一.................................................................................................................. 16 附录二.................................................................................................................. 17
−
容将以近似恒流的方式进行充电，输出电压 间 t 呈现近似线性关系，因此
t。当输入信号为方波形的阶跃信号时，电
=㈠
t=
㈠
t
t， =−
=
t
和时
−
中τ = RC 为积分时间常数。 在电容两端并联一个电阻可以为电路提供一个 直流通路构成一个负反馈环，防止运放进入饱和状 态。 3.4 锯齿波产生电路的工作原理
1
3 各组成部分的工作原理
3.1 正弦波产生电路的工作原理 此部分电路采用桥式振荡电路，其结构上 看， 是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈 放大电路。即为放大电路 和选频网络 。经过 计算可知当ω = 位角为 0，即
㈠
频响应幅值为最大，即
或f=
反馈网络正好组成正反馈系统。 图 2 建立振荡即使电路自激，产生持续振荡，将 直流电源能量变为交流信号输出。电路中存在噪声，其频谱分布很广，包含 f=
R VREF R +R
VT+ =
R VREF R +R
+
比较器的传输特性如图所示，其三要素为 输出电压高电平和低电平、门限电压和输出电 压的跳变方向。根据其特性可用于波形整形， 可将前级电路产生的正弦波整形为方波。 为了提高灵敏度，应选择开环电压增益 大，失调与温漂小的集成运放构成电压比较 器。 3.3 三角波波产生电路的工作原理
㈠
t =−
t，其
图 5
锯齿波的产生利用方波三角波等较难实现，可以单独设计一个电路，实 现锯齿波的产生。 利用同向迟滞比较器和充放电时间常数不相等的积分器两部分， 可以组 成锯齿波电压产生电路。
图 6
图 7
在 t = t 时接通电源，C 充电，输出电压按照线性规律增长。当 上升 到门限电压 +时比较器输出翻转，同时门限电压跳变为 ，经过 R5，R6 向 C 反向充电，下降过程与上升相似，如此周而复始，产生振荡。 + = 经过计算可知，忽略二极管正向电阻时，其振荡周期为 T = 改变锯齿波的形状和周期。但是应注意运放和其他元件的频率极限。
2 设计的目的及任务要求
2.1 课程设计目的 学习不同信号的产生方法，并利用 Matlab 或 PSPICE 或 PROTEL 仿真。 分析计算结果。 2.2 课程设计任务要求 自已设计电路系统， 构成信号发生器， 要求能产生三种以上的信号。 （可 以一种电路产生多种信号，也可以由不同电路产生不同信号）。利用 Matlab 或 Multisim、PSPICE、PROTEL 或其他软件仿真。
1 函数信号发生器的电路设计原理及方案
1.1 原理框图
图 1
图 1 函数发生器原理框图 1.2 函数发生器的总方案 本次设计采用由集成运算放大器与电阻、电容、二极管等共同组成的正 弦波—方波—三角波函数信号发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角 波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方 波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将 三角波形变成正弦波或将方波变成正弦波等等。 本次设计采用先产生正弦波 —方波，再将方波变换成三角波的电路设计方法。由桥式振荡电力路和迟滞 比较器组成正弦波—方波产生电路， 迟滞比较器输出的方波经积分器得到三 角波。 应用桥式振荡电路， 其振荡幅度稳定，波形失真比较小，改变频率方 便，是作为信号发生的一个好选择。迟滞比较器将正弦波信号进行比较，其 优点是电路结构简单，相应速度快，能稳定比较波动信号，但是其所能够调 节的频率范围有所限制。