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1、本科生毕业论文（设计）论文（设计）题目： 实用信号源的设计与仿真 实用信号源的设计与仿真摘 要信号源又称信号发生器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。正弦信号与脉冲信号是电子线路中最常用的信号，这些信号可以由波形产生电路和变换电路来提供。波形产生电路是一种不需外加激励信号就能将直流能源转化成交流能源的输出电路，又称为振荡器或波形发生器。本设计中的正弦信号源采用正弦波振荡器来产生，这样的振荡电路有很多种，经过分析比较采用RC正弦波振荡电路，即RC桥式振荡电路或文式桥振荡电路。该种振荡电路是以RC串并联电路作为选频网络的电路，可以产生满足频率幅度可调的正弦波信号。脉冲信号源由555时基电路构成
2、的多谐振荡器以及引入电压串联负反馈的放大电路共同构成，称为矩形脉冲电路。设计过程中分析了两个电路各自的特点，结合设计要求对电路进行了改进，在Multisim软件中进行仿真，仿真结果显示正弦信号源实现了频率、幅度的可调且输出波形稳定，脉冲信号源实现了频率、幅度、占空比可调且波形质量高。关键词正弦信号 脉冲信号 RC桥式振荡 555时基电路 Multisim仿真 ABSTRACTThe supply oscillator is also called the signal generating device. It has a widespread application in the produ
3、ctive practice and the technical domain.Sine and pulse signal are the most commonly used signals in electronic circuits, these signals are generated by the wave and transformed circuit. Waveform generator circuit is a energy output circuit which can transform DC into Energy exchange, also known as o
4、scillator or waveform generator. In the context, the sine signal can be produced by a sine wave oscillator, there are a lot of so circuits, after analysis and comparison using RC bridge oscillator circuit ,which also known as the RC Bridge oscillator circuit. This kind of oscillation circuit is usin
5、g RC series-parallel circuit as the selected frequency network, which can adjust to meet the sine wave frequency signals. The pulse signal source is generated by the multi-circuit harmonic oscillator by the 555 and lager circuit, known as the rectangular pulse generator circuit.During the design pro
6、cess, I analysis the characteristics of the two circuits, and improve the circuit according to the design requirements. Simulation in the Multisim software show the sine signal source achieve the frequency, magnitude and the adjustable output waveform stability, the pulse signal source to achieve th
7、e source frequency, magnitude, adjustable duty cycle and high-quality waveforms. Key wordsSine wave, Pulse wave,RC bridge oscillations,555,Multisim目 录一、引言1（一）课题设计要求11、正弦波信号源12、脉冲波信号源2（二）信号源研究状况2（三）课题研究方法3二、方案分析3（一）正弦信号源31、振荡电路工作原理42、桥式振荡电路的组成6（二）脉冲信号源131、555定时器工作原理142、矩形脉冲电路组成16三、方案实现18（一）RC桥式振荡电路18
8、（二）矩形脉冲电路19四、电路仿真21（一）仿真软件21（二）仿真过程221、正弦波电路仿真222、矩形波电路仿真24（三）数据测量与分析26五、结论29参 考 文 献30致谢31实用信号源的设计与仿真一、引言随着电子技术的迅速发展，电子信息系统在我们的生活中越来越重要。整个系统首先需要采集信号，采集信号就需要有信号源，信号源作为一种基本电子设备，无论是在教学、科研还是在部队技术保障中，都有着广泛的使用。另外，信号源作为一种通用电子测试仪器是军队进行高科技战争不可缺少的一种测试仪器。因此，从理论到工程对信号的发生进行深入研究，不论是从教学科研角度，还是从部队技术保障服务角度出发都有着积极的意义
9、。随着科学技术的发展和测量技术的进步，对信号源的要求越来越高。各种电器设备要正常工作，常常需要各种波形信号的支持。最常见和常用的信号就是正弦信号和脉冲信号。正弦信号是频率成分最简单的信号，也正因为如此，它的用途也最为广泛；脉冲信号是指不具有连续正弦波形状的信号，常见的脉冲信号波形有方波，矩形波，尖脉冲，锯齿波以及钟形脉冲等1。（一） 课题设计要求1、正弦波信号源(1)信号频率：20Hz2kHz步进调整。 (2)在 Multisim软件中进行仿真，仿真结果显示正弦波，并实现频率、幅度的可调且输出波形稳定。2、脉冲波信号源(1) 信号频率：20Hz20kHz步进调整。(2)上升时间和下降时间：1s
10、。(3)脉冲占空比：2%98%步进可调。（4）在 Multisim软件中进行仿真，能够仿真出脉冲波，并且脉冲信号源实现频率、幅度、占空比可调。（二）信号源研究状况本课题通过研究分析设计出一种可以产生频率，幅度或占空比可调的正弦信号源与脉冲信号源的波形产生电路。波形发生电路是一种不需外加激励信号就能将直流能源转化为具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流能量输出电路，又称为振荡器或波形发生器。波形发生器是一种常用的测量仪器，广泛用于科学研究、生产实践和教学实践等领域。国内外也有很多关于这方面的研究，根据不同的要求设计不同的方案，有基于DSP实现正弦信号源的产生，基于单片机实现正弦信号源的产生，有基
11、于FPGA进行高速脉冲信号源的设计与实现2，也有高精度设计与实现正弦激励信号源等等以及相关的一些技术研究问题。当然市面上也有信号发生器，这些信号发生器可以产生满足各种要求的各种波形，但价格十分昂贵。学习了模拟电子技术和数字电子技术以及高频信号等学科的知识后发现自己也可以设计制作出满足频率、幅度、占空比可调的正弦信号和脉冲信号。并且原理易懂，方便实用，波形输出稳定，可用于简单电路的信号源输入。（三）课题研究方法根据书中知识设计一个频率、幅度或占空比可调的正弦信号源与脉冲信号源是完全可能的。查阅资料可知，对于正弦信号源，最基本的可以用振荡电路产生。振荡电路有很多种，应用最广泛，最易实现的就是RC桥
12、式振荡电路，理论上该电路可以产生频率1MHZ以下的正弦波；对于脉冲信号源，脉冲信号有很多种，本设计就以矩形脉冲为例进行分析研究，由所学知识知道，555构成的多谐振荡电路1就可以产生频率稳定的矩形波，只要对电路进行适当的改动就能产生符合要求的矩形波信号。综上所述：利用模拟电路基础和数字电路基础书本知识就可以生成正弦信号源和脉冲信号源。由此方法得到的信号波形虽不如市面出售的信号发生器产生的波形信号，但该设计电路简单易行，对我们知识的巩固研究更有帮助。二、方案分析（一）正弦信号源正弦信号源在实验室和电子工程设计中有着十分重要的作用，而传统的正弦信号源根据实际需要一般价格昂贵，低频输出时性能不好且不便
13、于自动调节，工程实用性较差。正弦波振荡电路是在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激振荡而产生正弦波输出电压的电路。由它产生的正弦信号广泛地应用于量测、遥控、通信、自动控制、热处理和超声波电焊等加工设备中，同时也可作为模拟电子电路的测试、控制信号。1、振荡电路工作原理要产生自激振荡3，电路中必须引入反馈信号且反馈量必须与放大电路的输入量处在一个相对平衡的状态，即，写成模与相角的形式为： （21） （或） （22）式（21）称为相位平衡条件，式（22）称为幅值平衡条件。相位平衡条件，说明反馈电压与输入电压同相，即正反馈，正反馈是通过振荡器电路来保证的。是输出电压超前输入电压的相位，当放大器是一个
14、非线性工作的晶体管放大器时，输出电压为，是集电极电流基波分量，是集电极负载阻抗，则 （23）其中,是晶体管集电极电流基波分量超前输入电压的相角，是负载的相角，即超前的相角。因此相位平衡条件又可写为： （24）图2.1 利用瞬时极性法判断相位条件相位是频率的函数4，在晶体管的特征频率远大于振荡频率时，可近似认为与频率无关，且数值很小。反馈网络的相移通常在窄带范围内也可认为与频率无关。所以，相位平衡条件决定了振荡器的工作频率。为保证振荡器的工作频率是惟一的，满足相位平衡条件的平衡点只能是一个。判断一个电路是否满足相位平衡条件的方法是断开反馈，在断开处给放大电路加频率为的输入电压，并给定瞬时极性，如
15、图2.1所示；然后以极性判断输出电压的极性，从而得到反馈电压的极性；若与极性相同，说明满足相位平衡条件，电路可能产生正弦波振荡5，反之则不能。图2.1 利用瞬时极性法判断相位条件 幅值平衡条件中，即，所以 （25）即，这就是说，振幅平衡条件是反馈电压的幅值等于放大器输入电压幅值。凡满足的点即为满足振幅平衡条件的平衡点，对应这些点的输出电压值，就是振荡器产生的电压幅值。判断一个电路是否满足振幅平衡条件的方法是分别求解电路的和，然后判断是否等于1。若等于1则满足幅值平衡条件，电路可产生正弦振荡，否则不能。但有一点必须注意的是只有电路满足相位平衡条件的情况下判断是否满足幅值条件才有意义。换言之，若电路不满足相位条件，则不可能振荡，也就无需判断是否满足幅值平衡条件了。另外为了使输出量在合闸后能够有一个从小到大直至平
