实用信号源的设廿和制作.docx

实用信号源的设廿和制作.docx实用信号源的设廿和制作(综合课程设计报告)班级: 姓名: 学号: 指导老师: 2011年9月1日一•实验任务 3二•技术指标 3三•方案设计与论证 3【总体方案设计】 3【可行性分析】 4信号发生芯片选取 4频率调节与方波占空比调节 4测频与数码管显示 6四•理论分析与计算 6ICL8038外围电路电阻电容选取…….6LM318运算放大部分 8NE555时基电路 8CD4026时序分析 9五•测试方法、数据及现象 11六•问题分析及解决 11七•实验总结 12八•电路设计图 ±15V电源电压条件下,设计并制作一个信号源。(不采用单片机控制;不选用TCM7216芯片)—.技术指标【要求】1)正弦波信号源(20Hz〜10KHz):20Hz〜lOKHz连续可调;频率稳定度:优于10\非线性失真系数:全3%。2) 脉冲波信号源(20Hz〜10KHz):20Hz〜lOKHz连续可调;上升和下降吋间:三lus;平顶斜降:全5%;脉冲占空比:2%到98%连续可调。3) 上述两个信号源公共要求在负载为600欧吋,输出幅度为100mV〜3V连续可调;完成5位频率的数字显示;在信号频率20HZ、10KHZ连续可调吋,占空比不变,波形对称不失真。4)降低正弦波非线性失真系数三•方案设计与论证【总体方案设计】实用信号源框图如右,实用信号源电路采用ICL8038芯片产生正弦波和脉冲波,并实现占空比可调、频率可调、信号频率预置;运放电路釆fflLM318芯片,实现波形幅度可调;时钟触发电路釆用NE555和CD4001芯片,以接收信号,并为频率显示电路屮的计数器提供时钟信号;频率显示电路包括CD4026计数器芯片和数码管,用以对信号频率计数并显示。【可行性分析】1•信号发生芯片选取ICL8038为精密函数信号发生芯片,,正弦波输出失真低于1%,%,方波输出TTL电平到28V,上升时间180ns,下降时间40ns,足以满足本次实验的任务和技术指标。)仅使用ICL8038芯片,并通过简单的外围电路同吋实现频率调节与方波占空比调节两个功能。典型电路有下面两类:升时间tl和下降时间t2,从而决定周期T=tl+t2,占空比为tl:(tl+t2)o但此电路或瓦修改的派生电路存在占空比调节时频率受影响,且频率调节范围不足,需要切换电阻和电容,不能满足频率连续调节的耍求,所以不可取。公式:fCxVl1=I_Cxl/=cxv=CX1/3VSUppLY -rarbcl212()辿PPLY_oJsfPLYkb (2Ra-Rb)2)+10VTLTLDISTORTION100Ko-10V图二可变音频振荡器,20Hz到20kHz如图二电路,为扫频电路改进的音频振荡器,1N457引入的压降可以增大频率调节范围,但实际实验屮为了减少器件未加入1N457亦可达到要求。该电路可以产生稳定的频率控制,但如果想同时实现占空比的调节,需要在5脚和4脚上使用较大的可变电阻,血固定电阻的值作为限流保护可适可血止就好。从理论丄看本方案除了调节占空比的时候频率会受到一定的扰动,而且正弦波也会在调节方波占空比吋发生失真这两点,其他方面都没有问题。从电路的简洁上看,是可行的。但通过实验测试,由于上述所提到的在占空比调节过程屮5脚和4脚分配电流发生变化,使输岀频率受到影响,最终在某些频段占空比并不能实现理想调节,满足不了2%到98%连续可调的要求,所以将模块功能分开设计:ICL8038负责占空比为50%的波形产生,力求使失真达到最小;而将方波占空比的调节交给比较器LM318完成,如图三,电源用5V电圧足矣,其余的电阻阻值在实验过程屮可修改使其达到理想的放大效果。+15V图三LM318产生占空比可调的方波3•测频与数码管显示由于数码管显示精度为1Hz,所以测频时采用等精度算法,在Is钟内计数,计数值就是信号的频率值。定时器选取NE555,输出通过反相器产生Is的低电平。计数器使用CD4026,输出即使7段数码管显示值。四•理论分析与计算1)ICL8038外电路电阻电容选取【占空比调节】芯片使用±15V供也扫频电压通过滑动变阻器R8可为8脚提供5V〜15V的控制电压,电阻R4、R5分别为2姑滑动变阻器R2为100k用于调节占空比,由下述公式:占空比=[(R5+R2左)・(R4+R2右)]/2(R5+R2左)【正弦波失真度调节】1,2脚连接Rl,R12的100k欧滑动