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信号源设计与制作.doc

发布时间：2022-06-06 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：3.34M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    第1章绪论
    1.1信号发生器的应用
    1.2信号发生器的分类
    1.3国内外信号发生器主要产品
    1.4设计任务及主要技术指标
    第2章总体方案设计
    2.1信号发生器的实现方法
    2.2本设计总体方案
    2.3正弦波信号生成方案
    2.3.1振荡信号的生成方法
    2.3.2 RC振荡原理与振荡条件
    2.3.3振荡
    2.4频率步进方案
    第3章电路设计和仿真分析
    3.1RC振荡与稳幅电路设计
    3.1.1电路参数计算
    3.1.2电路仿真与分析
    3.2正弦波调幅电路设计
    3.2.1电路参数计算
    3.2.2电路仿真与分析
    3.3脉冲波生成电路设计
    3.3.1电路参数计算
    3.3.2电路仿真与分析
    第4章电路的制作和测试结果
    4.1电路的制作
    4.2测试结果
    第5章课程设计总结
    参考文献
    附录Ⅰ 电路图
    附录Ⅱ 仿真电路图
    院（系）：电气工程学院 教研室： 测控技术与仪器 课程设计（论文）任务及评语 本科生课程设计（论文） 学 号 课程设计 （论文） 题目 学生姓名 专业班级 实用信号源的设计与制作 在给定电源电压条件下，设计并制作一个正弦波和脉冲波信号源。  基本要求 正弦波信号源： ①信号频率：20Hz～20KHz 可调 课 程 设 计 （ 论 文 ） 任 务 进 度 计 划 指 导 教 师 评 语 及 成 绩 ②频率稳定度优于 10-3 ③非线性失真系数≤5% 脉冲波信号源： ①信号频率：20Hz～20KHz 可调 ②上升时间和下降时间≤1μs ③平顶斜率：≤5% ④脉冲占空比可调 两者在负载为 600Ω时，输出幅度 3v  发挥部分 两者信号频率、可调步长：5 Hz 两者输出辐度可调 300mv～3v 降低正弦波非线性失真系数 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 教师签字： 年 月 日 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
    本科生课程设计（论文） 摘 要 信号发生器是一种能产生标准信号的电子仪器，是工业生产和电工、电子实 验室中经常使用的电子仪器之一。本文采用分立元器件设计了可输出正弦波和脉 冲波的信号发生器，介绍了信号发生器的工作原理、电路参数计算方法、电路仿 真结果，并进行了电路制作。 所设计的信号发生器由振荡电路、稳幅电路、正弦波调幅电路、电压比较电 路、脉冲波调幅电路组成。采用 RC 振荡方式产生振荡信号，通过二极管 IN4148 和运放 TL082 实现振荡信号稳幅，调幅之后输出正弦波信号，再经电压比较器和 调幅电路实现脉冲波的占空比和幅度的变化。采用了多级电阻和多级双联电位器 实现频率的分段和步进。 本文设计的信号发生器具有结构简单、成本低、体积小等特点，经仿真和实 际电路制作验证，其产生的正弦波和脉冲波频率、占空比、信号幅度可调，频率 步进5Hz，矩形波可步进调整占空比, 不影响频率, 步长小于1%, 波形有较好的边 沿特性。 关键词：信号发生器；RC 震荡；频率歩进；占空比
    本科生课程设计（论文） 目 录 第 1 章 绪论 .......................................................... 1 1.1 信号发生器的应用 ............................................. 1 1.2 信号发生器的分类 ............................................. 2 1.3 国内外信号发生器主要产品 ..................................... 4 1.4 设计任务及主要技术指标 ....................................... 4 第 2 章 总体方案设计 .................................................. 5 2.1 信号发生器的实现方法 ......................................... 5 2.2 本设计总体方案 ............................................... 6 2.3 正弦波信号生成方案 ........................................... 7 2.3.1 振荡信号的生成方法 ..................................... 7 2.3.2 RC 振荡原理与振荡条件 .................................. 7 2.3.3 振荡电路的稳幅方法 ..................................... 9 2.4 频率步进方案 ................................................ 10 第 3 章 电路设计和仿真分析 ........................................... 11 3.1 RC 振荡与稳幅电路设计 ....................................... 11 3.1.1 电路参数计算 .......................................... 11 3.1.2 电路仿真与分析 ........................................ 11 3.2 正弦波调幅电路设计 .......................................... 13 3.2.1 电路参数计算 .......................................... 13 3.2.2 电路仿真与分析 ........................................ 14 3.3 脉冲波生成电路设计 .......................................... 15 3.3.1 电路参数计算 .......................................... 15 3.3.2 电路仿真与分析 ........................................ 15 第 4 章 电路的制作和测试结果 ......................................... 17 4.1 电路的制作 .................................................. 17 4.2 测试结果 .................................................... 17 第 5 章 课程设计总结 ................................................. 19 参考文献 ............................................................ 20
    附录Ⅰ 电路图 ....................................................... 21 附录Ⅱ 仿真电路图 ................................................... 22 本科生课程设计（论文）
    本科生课程设计（论文） 第 1 章 绪论 1.1 信号发生器的应用 信号发生器又称信号源或振荡器，是教学科研及工程实践中最重要的仪器之 一，可广泛应用在电子研发、维修、测量、校准等领域。 信号发生器所产生的信号在电路中常常用来代替前端电路的实际信号，为后 端电路提供一个理想信号。由于信号源信号的特征参数均可人为设定，所以可以 方便地模拟各种情况下不同特性的信号，对于产品研发和电路实验特别有用。在 电路测试中，我们可以通过测量、对比输入和输出信号，来判断信号处理电路的 功能和特性是否达到设计要求。例如，用信号发生器产生一个频率为 1kHz 的正弦 波信号，输入到一个被测的信号处理电路（功能为正弦波输入、方波输出），在被 测电路输出端可以用示波器检验是否有符合设计要求的方波输出。 高精度的信号发生器在计量和校准领域也可以作为标准信号源（参考源），待 校准仪器以参考源为标准进行调校。信号发生器可以用来调节电台和对讲机的灵 敏度，其基本原理就是使对讲机接收通道中的滤波槽路对有用的信号传输衰减达 到最小，从而使对讲机具有较高的灵敏度，这在一些业余电台改频改造和自制电 台中应用得比较多。信号发生器在此同样扮演的是模拟空中信号的角色。如果对 讲机本身具有接收信号强度 S 表或者测试点，可以用信号发生器输入一个使机器 信号表指示 30%左右强度的信号（容易看出调节的变化效果），然后按照对讲机维 修手册的说明，调节接收槽路，使信号表指示到最大，要是在调节过程中出现信 号表满表的情况，可以再把信号发生器的信号幅度调小一些。通常，为了保证整 个频段的灵敏度，平均需要采用在目标频段的高端、低端、中心多个频率点作为 参考点进行“统调”。对于没有信号强度指示反馈的对讲机，只能通过在低信噪比状 态下，监视信噪比的改善与劣化来调整接收槽路。其实，信号发生器除了可以调 节对讲机的接收灵敏度，也可以用来调校收音机和电视机，只要信号发生器能产 生相同类型的信号即可。 信号发生器可以用来查找电台、对讲机的接收通道故障。其基本原理是：由 前级往后级，逐一测量接收通路中每一级放大和滤波器，找出哪一级放大电路没 有达到设计应有的放大量或者哪一级滤波电路衰减过大。信号发生器在此扮演的 是标准信号源的角色。信号源在对讲机天线输入端输入一个已知幅度的信号，然 后通过超高频电压表或者频率足够高的示波器，从天线输入端口逐级测量增益情 况，找出增益异常的单元，再进一步细查，最后确诊存在故障的零部件。 1
    本科生课程设计（论文） 信号发生器可以用来调测滤波器，典型的就是带通滤波器和电台上用的双工 器。调测滤波器的理想仪器二字线——网络分析仪和扫频仪，其主要功能部件之 一就是信号发生器。在没有这些高级仪器的情况下，信号发生器配合高频电压测 量工具，如超高频毫伏表、频率足够高的示波器、测量接收机等，也能勉强调试 滤波器，其基本原理是测量滤波器带通频段内外对信号的衰减情况。信号发生器 在此扮演的是标准信号源的角色，信号发生器产生一个相对比较强的已知频率和 幅度信号，从滤波器或者双工器的 INPUT 端输入，测量输出端信号衰减情况。带 通滤波器要求带内衰减尽量小，带外衰减尽量大，而陷波器正好相反，陷波频点 衰减越大越好。因为普通的信号发生器都是固定单点频率发射的，所以调测滤波 器需要采用多个测试点来“统调”。如果有扫频信号源和配套的频谱仪，就能图示化 地看到滤波器的全面频率特性，调试起来极为方便。 信号发生器可以用来校准对讲机和接收机的信号强度表，信号发生器在此扮 演的是标准信号源的角色。按照各机型的维修手册要求，在校准频点输入特定强 度的信号，此时校正 S 信号强度表的实际指示。在实际调整中，我们可以看到， 虽然国际上有接收机 S 信号表指示的参考场强标准，但现在很多厂家都执行自家 的标准，使 S 表指示偏大而指示范围偏小，给用户的感觉就是 S 表指示很容易满 表，暗示用户它的接收灵敏度高。 除了在射频方面的应用，信号发生器在音频领域也有广泛的应用。信号发生 器用于对讲机话音电路和调制电路的调测。信号发生器代替驻极体拾音器向对讲 机的“MIC in”送入符合要求的 1kHz 单音信号（输入幅度要求在维修手册会有标 明），然后使调频对讲机处于发射状态。正常情况下，在接收机中会听到 1kHz 的 音频，通过调制度仪,可以测量出被测对讲机的调制幅度。由此,可以检测和调整调 频对讲机的语音调制电路（调制度一般在对讲机内部可调整）。一般 25kHz 间隔 FM 调制的对讲机,要求在 1kHz 音频下调制度在 4.5kHz 左右。调频对讲机调制过 小,语音会偏轻，调制过大,会影响话音,并增加占用带宽。有的发射无语音故障的对 讲机,也可以通过类似方法从 MIC in 开始逐级测量语音信号状况。 信号发生器用于音频功放的维修。信号发生器在此扮演的是理想信号源的角 色。信号源产生一个适当幅度的音频正弦信号，作为音频功放的信号输入。通过 测量音频功放的输出幅度和波形,我们可以判断音频功放电路工作是否基本正常， 包括是否有自激等不正常状态以及失真情况。 1.2 信号发生器的分类 1. 按工作频段分类 2
    本科生课程设计（论文） 分为超低频信号发生器、低频信号发生器、高频信号发生器、微波信号发生 器。 超低频信号发生器一般是指工作频率下潜到 0.1Hz 以下的信号发生器，一般用 于专业上的特殊用途。低频信号发生器一般是指工作频率主要在 1Hz～1MHz 的 信号发生器，多用于音频领域。高频信号发生器，也叫射频信号发生器，一般是 指工作频率从 100kHz 到几百兆赫的信号发生器（目前频率高的可以达到几吉赫 兹），多用于通信和测量领域。微波信号发生器一般是指工作频率高达数吉赫兹到 几十吉赫兹的信号发生器，多用于雷达领域。 随着频率合成技术和电路的发展，很多信号发生器都可提供更大的频率覆盖 范围，一机多能，频段的划分渐渐成为一个模糊的观念。例如常用的 Agilent 33250A 函数发生器就可以工作在 1μHz～80MHz 的范围，包含传统的超低频、低频、音频 和 HF 频段。 2. 按频率产生机制分类 分为 LC 振荡器信号发生器、压控振荡信号发生器、频率合成信号发生器。目 前低端的廉价信号发生器多采用 LC 振荡器，中低端的函数信号发生器多采用压控 振荡器，中高档的信号发生器多采用 DDS 频率直接合成技术。随着 DDS 技术的 普及和芯片价格的下降，越来越多的信号发生器采用 DDS 技术，并有向入门级产 品发展的趋势。近期，很多一两千元的函数信号发生器也开始使用 DDS 技术。 3. 按功率输出分类 分为简易信号发生器、标准信号发生器、功率信号发生器。 简易信号发生器在信号输出幅度控制上比较简单，只使用一个简易衰减器， 对输出的信号不能直接量化控制。标准信号发生器在信号输出幅度上有严格的控 制，能提供准确的输出幅度读数。一般高频标准信号发生器输出幅度在 -127～ +23dBm。功率信号发生器则提供较大的功率输出，一般在+20dBm 以上，功率大 的可达几瓦到几十瓦。 4. 按照产生信号的类型分类 可以分为正弦信号发生器、函数信号发生器、脉冲信号发生器、随机信号发 生器、专用信号发生器。 正弦信号发生器提供最基本的正弦波信号，可以作为参考频率和参考幅度信 号，用于增益和灵敏度的测量以及仪器的校准。常见的高频信号发生器和标准信 号发生器都属于此类。函数信号发生器可以产生各种函数波形信号，典型的有方 波、正弦波、三角波、锯齿波、脉冲等。函数信号发生器一般工作频率不高，频 率上限在几兆赫到一二十兆赫，频率下限很低，大多可以低于 0.1Hz。函数信号发 生器用途非常广泛，科学实验、产品研发、生产维修、IC 芯片测试中都能见到它 3
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