正弦波发生器设计与仿真.doc

正弦波发生器的设计与仿真 1.课程设计目的 通过对正弦波发生器的设计和实现，掌握基本信号发生电路的工作原理及设计方法, 掌握利用Mulisim10的基本操作，完成对电路的仿真和波形的测试分析；学会利用Protel 2004，实现电路绘制以及PCB的生成以及学会设计方法和设计规则的设置，从而对信号发生器有进一步的了解。并能够对设计结果加以分析。提高对运算放大器非线性应用的知识，提高综合性实践环节中设计电路，运行仿真，设计印制电路板等综合能力。 2.设计方案论证 2.1概述 本次课程设计主要通过Mulisim10和 Protel 2004 软件完成正弦波发生器原理图的绘制及PCB图的绘制， 课设题目为正弦波发生器 2.2原理论证 首先，我们知道波形发生器与振荡是什么关系：振荡电路可以产生很多频率的波（比如一个脉冲方波就是多次谐波的叠加），从中选出所需的，也就是发生了特定频率的某种波。比如正弦波的发生就是从正弦波振荡电路中利用选频网络选出特定频率的正弦波。 正弦波振荡器由基本放大器、反馈网络、选频网络的稳幅网络4部分组成，他们的作用分别是：放大器和反馈网络组成正反馈放大器,选频网络用来提取特定频率的正弦波发生器。振荡电路多种多样， 下面讨论RC正弦波振荡电路： 此种电路通常用来产生频率低于的低频信号，它用被称为文氏电桥振荡电路。如图1所示，串，并，与和构成了四臂电桥，反馈网络和选频网络有RC串并连电路（方框中的部分）组成，反馈信号从运放的正向输入端输入，所以是正反馈，选择的频率满足,选参数时注意，。 RC桥式正弦波振荡电路以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络，以电压串联负反馈放大电路为放大环节，具有振荡频率稳定，带负载能力强，输出电压失真小，实现简单，易于调试等优点，因此选择次设计方案。 2.3使用Mulisim10仿真软件实现电路的仿真如1图所示： 图1 RC正弦振荡电路原理图 图1的仿真结果如图2所示，可以验证。其中，=0.0942s , 从仿真结果中也可以看到。如图2所示： 图2 RC正弦波振荡电路仿真结果 仿真时，现实的振荡发生器时因为外界环境扰动而起振的，计算机仿真时，要模拟出这个扰动才能让振荡器起振，就是把设置成一个电位器，把它稍微调离理论值，开启仿真之后，再将调回理论值即给振荡器一个扰动。 2.4使用Mulisim10仿真软件实现电路的分析 （1）选择瞬时分析、傅里叶分析和交流小信号分析； （2）设置瞬时分析起始时间、终止时间、不长时间和最大不长时间分别为0/10ms、 200ns和2us ； （3）设置傅里叶分析的基本频率为计算所得的频率、谐波数为5； （4）设置交流小信号分析的起始频率、终止频率、和测试点数分别为1kHz/10kHz和1000，分析类型选择为线性； （5）运行仿真分析； （6）在瞬态分析输出结果中，观察输出电压V的波形，注意振荡电路起振过程。利用光标A和B输出电压的频率和有效值； （7）在傅里叶分析输出结果中观察输出电压V的频谱分布，利用光标得出输出电压的直流分量、基波分量和各次谐波的分量的频率和大小。 经过计算分析总结如表1： 表1 RC振荡器的工作过程 分　析　类　型 分　　　析　　　结　　　果 瞬　时　分　析 Vo波形 有效值（V） 频率（Hz） 如图3 0.7 1460 付 立 叶 分 析 分量名 直　流 基　波 2次谐波 3次谐波 ｆ（Hz） 0 1460 2920 4380 Vo（V） 0 0.95 0.03 0.16 交流小信号分析 特性 曲线 如图4 振荡频率（Hz） 1.55K 、 图3 图4 图5 （8）将反向并联的二极管重新与电路连接，电阻改为20,运行瞬时分析再将电阻的值改为25 ，运行瞬时分析 （9）将电阻和均改为20，运行瞬时分析和交流小信号分析，观察电阻和保持为10，电容和均改为0.02,运行瞬时分析和交流小信号分析。 输出波形及分析结果如表2： 表2　稳幅环节、放大倍数和选频网络参数对振荡的影响 稳幅环节对振荡的影响 放大倍数对振荡的影响 选频网络对振荡频率的影响 稳幅 环节 有 无 R2值 20K 25K 选频 参数 R=20K C=0.01u R=20K C=0.02u Vo波形 见图3 见图5 Vo波形 如图6 如图7 振荡 频率 731Hz 365Hz 图6 图7 3．设计制作PCB操作流程 运行Protel2004，直接选择File-New-PCB命令，则系统生成一张没有定义的边界的PCB图纸，然后对其参数做修改，如图8所示： 图8 PCB的工作界面图 对图8所示的PCB图纸，选