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1、辽 宁 工 业 大 学 模拟电子技术基础 课程设计（论文）题目： 高压正弦发生器 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气工程及其自动化123班 学 号： 9 学生姓名： 于国涛 指导教师： （签字）教师职称： 起止时间： 2014.7.12014.7.11 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电子信息工程学 号9学生姓名于国涛专业班级电气123课程设计（论文）题目高压正弦发生器课程设计（论文）任务设计参数：（1）设计并制作一台高压信号发生器。包括正弦信号产生电路和高压放大电路部分。（2）线性失真度不大于0.5%。（3）输出正弦信号频率范围10Hz1KHz可调，
2、输出信号幅度1-100V可调。设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4 .组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。进度计划第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：选择器件进行单元电路设计；第5
3、天：单元电路设计及仿真；第6天：整体电路设计并仿真；第7天：电路焊接制板；第8天：焊接调试；第9天：完善设计；第10天：答辩。指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要本次课程设计内容是：设计高压正弦发生器，此高压正弦发生器必须包括两部分电路。一是正弦信号产生电路由运算放大器和一般的RC振荡器组成实现频率调节，产生10HZ1KHZ正弦信号；二是高压放大部分由电压跟随器和反相比例运算放大器电路实现了高压调频的效果，使信号幅度1V100V可调。所以本次设计是由正弦信号产生电路、电压跟随器和反
4、相比例运算放大器的电路三部分构成。经过Multisim仿真，验证了输出正弦信号频率范围10Hz1KHz可调，输出信号幅度1-100V可调的指标，基本满足设计要求。经过焊接、调试后，实测结果与仿真结果基本一致，设计基本达到了预期要求。特点是：正弦信号产生部分，其中频率调节功能是通过调节双联可变电容其实现的。电压跟随器是为了增大下一级的输入电阻减小输出电阻，同时作为缓冲级，是高压放大部分不受信号产生部分的影响，同时共射极放大电路放大正弦电压信号，是信号幅度增强，信号更容易被高压部分采集。 关键词：高压正弦发生器；运算放大器；RC振荡电路；电压跟随器；反相比例放大器。目录第1章 高压正弦发生器方案论
5、证- 1 -1.1 高压正弦发生器的应用意义- 1 -1.2 高压正弦发生器设计要求及技术指标- 1 -1.2.1设计要求- 1 -1.2.2技术指标- 1 -1.3 设计方案论证- 2 -1.3.1放大部分- 2 -1.3.2 正弦波产生方案的选择：- 4 -1.4总体设计方案框图及分析- 4 -1.4.1总体设计方案框图- 4 -1.4.2原理分析- 5 -第2章 高压正弦发生器各单元电路设计- 6 -2.1正弦波发生电路的设计- 6 -2.1.1 RC桥式振荡电路- 6 -2.1.2 选频作用及参数公式- 7 -2.1.3 建立振荡- 8 -2.2电压跟随器及放大电路- 9 -2.3 输
6、出级反相比例放大器电路设计- 9 -第3章 高压正弦发生器整体电路设计- 10 -3.1 整体电路图及工作原理- 10 -3.1.1整体电路图- 10 -3.1.2工作原理- 10 -3.2 电路参数计算- 11 -3.3整机电路性能分析- 11 -第4章 设计总结- 13 -参考文献- 14 -附录- 15 -第1章 高压正弦发生器方案论证1.1 高压正弦发生器的应用意义高压正弦波发生器广泛应用于工业生产、科学实验和日常生活等各个领域中。而且高压正弦波发生电路常常作为信号源被广泛应用于无线电通信以及自动测量和自动控制等系统中。电子技术实验中经常使用中的低频信号发生器就是一种正弦波振荡电路。大
7、功率正弦波振荡电路还可以直接为工业生产提供能源，例如高频加热炉的高频电源。此外如超声波探伤，无线电和广播电视信号发生器的发送和接收等，都离不开高压正弦波振荡电路。另外据国家电网安全操作规程的规定，高压验电器在使用前必须在有电的高压线路或工频高压发生器上进行实验，确认高压验电器工作良好后再进行对高压线路验电检测。高压正弦发生器，具有对验电器启动电压的检测功能，该发生器可以输出纯正弦波50Hz工频高压，更真实的模拟了国家电网电压的电气参数，开机输出低电压功能，确保操作人员更安全。1.2 高压正弦发生器设计要求及技术指标1.2.1设计要求（1）分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、
8、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。（2）确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。（3）设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。（4）组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。1.2.2技术指标（1）设计并制作高压信号发生器。包括正弦信号产生电路和高压放大电路部分。（2）线性失真度不大于0.5%（3）输出正弦信号频率范围10Hz1KHz可调，输出信号幅度1-100V可调。1.
9、3 设计方案论证1.3.1放大部分方案一：正弦振荡电路通过RC振荡电路来产生正弦信号。运算放大电路可以是同相放大电路，也可以是反相放大电路。同比例放大电路电路图如1.1所示： 图1.1同相比例放大电路表1同相比例放大电路特性主要闭环特征理想运放实际运放闭环增益A=1+Rf/R1输入电阻R i=无穷输出电阻Roc=0图中，R s为信号源内阻，R p为消除基流对输出失调影响的平衡电阻，R p=Rs-R1/Rf，若算出是负值，则将R p改为R s串接，并满足 + =R1/Rf。同相比例放大电路的电路特性如表1所示。同比例放大电路的最大优点就是输入电阻高。由于同相比例放大电路的反相输入端不是“虚地“，
10、其电位随同相端的信号电位变化，使运放承受着一个共模输入电压，信号源的幅度受到限制，不可超过共模电压范围，否则将带来很大误差，甚至于不能正常工作。方案二：反相比例放大电路图如1.2所示：AR1RfRpViVo图1.2反相比例放大电路表2反相比例放大电路特性主要闭环特征理想运放实际运放闭环增益A=-Rf/R1输入电阻RI=R1输出电阻Roc=0从表看出反相比例放大电路具有如下重要特征：（1）在深度负反馈情况工作时，电路的放大倍数仅由外接电阻Rf、R1的值确定。（2）因同相端接地，则反相端电位为“虚地”，因此，对前级信号源而言，其负载不是运算本身的输入电阻，而是电路的闭环输入电阻R1。（3）运放的输
11、出电阻也由于深度负反馈而大为减小。由上述两种放大电路的分析，采用反相放大电路对正弦信号进行放大比较好。1.3.2 正弦波产生方案的选择：方案一：使用RC桥式振荡电路。该电路以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。方案二：使用LC振荡电路与RC桥式正弦波电路的组成。该电路原则在本质上是相同的，只是选频网络采用LC电路。在LC振荡电路中，引入正反馈后，使反馈电压作为放大电路的输入电压，以维持输出电压，从而现成正弦波振荡。由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高，所以放大电路多采用分立元件电路，
12、必要时还应采用共基电路。采用三极管等分立元件实现，使用灵活，成本比集成运放芯片小的多，但电路设计难度大，实际调试过程也比较复杂，因此选择方案一。1.4总体设计方案框图及分析1.4.1总体设计方案框图RC串并联反馈及选频网络(10Hz1kHz)高压正弦信号集成电路放大电路高压放大装置稳幅及反馈控制电路(1V100V)图1.3总体设计方案框图 1.4.2原理分析 高压正弦发生器主要由三部分组成：正弦信号产生部分，通过RC串并联反馈及选频电路，集成电路放大电路，稳幅及反馈控制电路，产生正弦信号，正弦信号的峰值为Uo，通过反比例放大电路对峰值进行放大，产生高压正弦放大信号。其中频率调节功能是通过调节双
13、联可变电容其实现的。电压跟随器是为了增大下一级的输入电阻减小输出电阻，同时作为缓冲级，是高压放大部分不受信号产生部分的影响，在将信号送给放大电路,经过反相放大使电压增大。第2章 高压正弦发生器各单元电路设计2.1正弦波发生电路的设计2.1.1 RC桥式振荡电路 本设计方案采用RC选频网络构成的RC振荡电路，它一般用于产生1HZ1MHZ的低频信号，因为桥式振荡频率稳定、输出波形失真小等优点，所以在本设计方案中正弦波的产生采用的是桥式振荡电路。RC桥式振荡电路的原理电路如图2.1所示，这个电路是由RC串并联选频网络和放大电路结合起来而构成。 放大电路为由集成运放所组成的电压串联负反馈放大电路，取其输入阻抗高和输出阻抗低的特点。由图可知，选频网络则由RC串并联电路组成，同时兼作正反馈网络。选频网络、和、形成一个四壁电桥，电桥的对角线顶点接到放大电路的两个输入端，桥式振荡电路由此得来。图2.1RC振荡电路图因为要求输出信号的频率在10Hz1KHz之间可调,所以在此原理上加以改进,使其成为频率可调的振荡电路.原理图如图4所示,可变电阻器R2和R7用同轴双调电位器，它们和C2,C1构成串并联文氏桥正弦信号发生器，运放741同相端接选频网络的腰，实现同时调节电路的频率。经仿真后，如图2.2所示：图2.2RC振荡电路仿真图2.1.2 选频作用及参数公式
