多波形信号发生器的设计与制作

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1、多波形信号发生器的设计与制作徐国库【摘要】：信号发生器采用模拟电子技术，由分立元件构成振荡电路和整形电路，产生各种波形。本设计通过555定时器组成多谢振荡器输出方波，后通过积分变换电路产生周期恒定幅值可调的正弦波、钟形波、三角波。【关键词】：555定时器积分变换电路稳压电路15引言　波形发生器是一种常用的信号源，广泛用于科学研究、生产实践和教学实践等领域。如设计和测试、汽车制造、生物医药、传感器仿真、制造模型等。　　传统的信号发生器采用模拟电子技术，由分立元件构成振荡电路和整形电路，产生各种波形。它在电

2、子信息、通信、工业等领域曾发挥了很大的作用。但是采用这种技术的波形发生器电路结构复杂、体积庞大、稳定度和准确度较差，而且仅能产生正弦波、方波、三角波等几种简单波形，难以产生较为复杂的波形信号。随着微处理器性能的提高，出现了由微处理器、D/A以及相关硬件、软件构成的波形发生器。它扩展了波形发生器的功能，产生的波形也比以往复杂。实质上它采用了软件控制，利用微处理器控制D/A，就可以得到各种简单波形。但由于微处理器的速度限制，这种方式的波形发生器分辨率较低，频率切换速度较慢。　　从2007年2月到2007年4

3、月，在系统研究国内外波形发生器的基础上提出了基于Matlab和FPGA技术的波形发生器，在FPGA内开辟高速存储器ROM做查询表，通过Matlab获得波形数据存入ROM中，波形数据不断地，有序地从ROM中送到高速D/A转换器对存储器的波形数据进行转换。因此只要改变FPGA中查找表数据就可以产生任意波形，因此该研究方法可以产生任意波形。　　随着我国四个现代化和经济发展，我国在科技和生产各领域都取得了飞速的发展和进步，同时这也对相应的测试仪器和测试手段提出了更高的要求，而波形发生器已成为测试仪器中至关重要的

4、一类，因此在国内发展波形发生器具有重大意义和实际价值。例如，它能模拟编码雷达信号、潜水艇特征信号、磁盘数据信号、机械振动瞬变过程、电视信号以及神经脉冲之类的波形，也能重演由数字示波器捕获的波形等。当然在电子电路及电子设备中一般都需要一组或几组搞完了定性的直流电源供电，直流电源的作用之一是为各级电路中的三极管提供合适的偏置，其次是作为整个电子电路的能源。干电池、畜电池把化学能转化为电能，应该说是一种高质量的电源，但他们的成本高，使用不方便。所以这里主要用传统的方法把电网电压的单向交流电（200V,50HZ

5、），通过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路转换为12V直流电源，实现直流电源的性能指标及对多波形信号发生器电路的驱动。15第一章方案论证1.设计要求：设计一个+12V的直流稳压电源，驱动多波形信号发生器的正常工作，使其输出方波、三角波、正弦波，波形频率为1000HZ，峰峰值为0—2V.2.方案选择方案一：图1图1采用555定时器构成多谐振荡电路，产生的方波信号，通过积分变换电路依次产生钟形波、三角波、正弦波，且频率恒定,约为1000HZ，峰峰值在0—2V之间可调。方案二：图215图2采用555定时

6、器构成多谐振荡器，利用充放电时间差控制电路，通过电位器稳定频率，然后利用积分电路得到方波、三角波、正弦波三种波形，但幅值不可调。方案确定：图1和图2均采用555定时器工程多谐振荡器产生方波，用积分变换电路得到所需波形。由于方案一输出波形多，频率稳定，幅值可调。方案二虽结构简单，但要通过调节电位器来稳定频率，幅值也不可调，不符合设计要求，综合比较，选用方案一作为此次设计方案。15第二章直流稳压电源的设计一.电源方框图小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图3、4所示。+电

7、源+整流+滤波+稳压+u1u2u3uIU0_变压器_电路_电路_电路_图3u1u2u3uIU00t0t0t0t0t图4二．单元电路1.变压器电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。为了满足要求，此处将采用15V变压器进行变换。其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示：表1小型变压器的效率副边功率效率0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。152.整流电路在稳压电源中一般用四个二极管组

8、成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值U2的关系为：在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：流过每只二极管的平均电流为：其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：其中：T=20ms是50Hz交流电压的周期。桥式整流电路原理图,如图5所