介紹脈沖信號發(fā)生器的制作課程設計

脈沖信號發(fā)生器


(一)正弦波的產(chǎn)生本文由0u2438cq.cn整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正。

信號發(fā)生電路因不外加輸入信號就有穩定的輸出信號稱(chēng)為自激振蕩電路,要產(chǎn)生振蕩滿(mǎn)相位條件和幅值條件正弦波的產(chǎn)生有多種方法(通過(guò)已學(xué)的知識和查閱相關(guān)的資料得出如下結論):
DDFS數字頻率合成本文由0u2438cq.cn整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正。

DDFS由相位累加器,正弦查找表,DAC和低通濾波器組成.參考時(shí)鐘是一個(gè)穩定的晶振,相位累加器類(lèi)似計數器,在每個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí),就輸出一個(gè)相位增量即把頻率控制字FSW的數據變成相位抽樣來(lái)確定輸出頻率,相位增量隨指令的不同而不同,用在數據尋址時(shí),正弦查找表就把存儲的值轉換成正弦波幅度的數字量,DAC把數字量轉換成模擬量低通濾波平滑并濾掉帶外雜散后得到所需的波形
用FPGA實(shí)現只要在FPGA內建立一個(gè)正弦查找表,然后在外部時(shí)鐘驅動(dòng)下,讀取正弦數據表中的數據,再送到高速DAC中進(jìn)行數摸轉換就可以得到正弦信號.
用簡(jiǎn)單的振蕩電路

: LC振蕩電路,RC振蕩電路和石英晶振:LC和石英晶振電路產(chǎn)生的正弦信號頻率較高。在本設計中,正弦信號的產(chǎn)生不是最終目的,只是其中一部分,而且要通過(guò)簡(jiǎn)單中小規模器件手工焊接實(shí)現.前兩種方法雖然很好,但對于本設計不好實(shí)現.又要求得到的正弦信號頻率為1HZ,不高,用RC振蕩電路實(shí)現.

(二)波形變換

此設計要將正弦波變?yōu)?同頻方波,想到可以用施密特觸發(fā)器或過(guò)零比較器實(shí)現,兩種方法都比較好實(shí)現,本學(xué)期剛學(xué)完數電,希望在實(shí)踐中用一下,選用施密特來(lái)實(shí)現.用555連成的如下圖;

(三)分頻倍頻

計數器的一個(gè)功能實(shí)現分頻,本設計中要求實(shí)現十分頻,可以選用十進(jìn)制的計數器74LS160也可以用任意進(jìn)制的計數器連成十進(jìn)制的計數器.考慮到市場(chǎng)上160不好買(mǎi)且成本高,選用十六進(jìn)制74LS161接成十進(jìn)制來(lái)實(shí)現.
倍頻電路通過(guò)查閱資料,選用鎖相環(huán)來(lái)實(shí)現.
綜上所述,確定下總體方案原理方框圖如下:

單元電路的設計
文式橋式振蕩電路
1.工作原理
RC振蕩電路在沒(méi)有外加輸入信號下,依靠自激振蕩產(chǎn)生正弦波,頻率在200KHZ以下.通常連接方式有:橋式,移相,雙T式三種.本設計采用文式橋式電路實(shí)現,電路圖如下：

在此電路中 反饋信號代替輸入信號,引入正反饋;要確定振蕩頻率,引入外加的選頻網(wǎng)絡(luò ).
起振條件
為：|AF|﹥1 平衡條件為|AF|=1，𝛹A+ 𝛹B=2𝜋N
在Rf回路中串聯(lián)兩個(gè)二極管,電流增大時(shí)二極管動(dòng)態(tài)電阻小,電流減小時(shí)二極管動(dòng)態(tài)電阻增大的特點(diǎn),加入非線(xiàn)性環(huán)節,從而 使輸出電壓穩定
2.參數計算
(1)確定頻率:按要求要產(chǎn)生1KHZ正弦波,由可知
rc然后先將電容確定下來(lái),參考電容標稱(chēng)值,選為1μf=1 按標稱(chēng)值選與它最接近的值,故選為160Ω(2)滿(mǎn)足起振條件
Rf 先確定,另則Rf
為穩定幅值加入反并的二極管,𝗥1=1.5, 𝗥2=9.1
(3)器件的選擇
器件的選擇原則:明確對所需器件的要求,按要求選擇.
運放:書(shū)上和仿真時(shí)運放都是理想,增益無(wú)窮大,中不實(shí)現,選擇時(shí),時(shí)選增益稍大的如RC4558,像741就因增益不夠大振蕩不起來(lái).
二極管:承受反壓都可達到50𝗩故本設計不用考慮耐壓?jiǎn)?wèn)題,選擇開(kāi)關(guān)特性好的,如1N4148.

(二)施密特觸發(fā)電路

用555連接成,引腳少,在焊接調試時(shí)減少隱患連接圖如下:
在施密特的輸入端加入正弦波,根據電路的電壓傳輸特性,可對應得出同頻矩形波.改變𝗩𝙩＋ ,𝗩𝙩－就可以輸出的脈寬

（三）計數器

用十六進(jìn)制計數器連成十進(jìn)制計數器有兩種方法：反饋置數法和反饋清零法。本設計用進(jìn)位端連輸出，選擇用置數法。161引腳圖和反饋置數法連十進(jìn)制的圖如下：

（四）鎖相環(huán)

PLL鎖相環(huán)構成的倍頻器
CD4046工作原理如下：
輸入信號 Ui從14腳輸入后，經(jīng)放大器
A1進(jìn)行放大、整形后加到相比較器Ⅰ、Ⅱ的輸入端，圖1
開(kāi)關(guān)K撥至2腳，則比較器Ⅰ將從3腳輸入的比較信號Uo
與輸入信號Ui作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓
UΨ則反映出兩者的相位差。UΨ經(jīng)R3、R4及C2濾波后得
到一控制電壓Ud加至壓控振蕩器VCO的輸入端9腳，
VCO的振蕩頻率f2，使f2迅速逼近信號頻率f1。VCO的輸
出又經(jīng)除法器再進(jìn)入相位比較器Ⅰ，繼續與Ui進(jìn)行相位比
較，最后使得f2＝f1，兩者的相位差為值，實(shí)現了相位
鎖定。若開(kāi)關(guān)K撥至13腳，則相位比較器Ⅱ工作，過(guò)程與
上述，不再贅述。下面介紹CD4046典型應用電路。
圖3是用CD4046的VCO組成的方波發(fā)生器，當其9腳輸入端固定接電源時(shí)，電路即起基本方波振蕩器的作用。振蕩器的充、放電電容C1接在6腳與7腳，調節電阻R1阻值振蕩器振蕩頻率，振蕩方波信號從4腳輸出。按圖示數值，振蕩頻率變化范圍在20Hz至2kHz.
圖4是CD4046鎖相環(huán)用于調頻信號的解調電路。由載頻為10kHz組成的調頻信號，用400Hz音頻信號調制，假如調頻信號的總振幅小于400mV時(shí)，用CD4046時(shí)則應經(jīng)放大器放大后用交流耦合到鎖相環(huán)的14腳輸入端環(huán)路的相位比較器采用比較器Ⅰ，鎖相環(huán)系統中的中心頻率f0等于調頻信號的載頻，這樣會(huì )引起壓控振蕩器輸出與輸入信號輸入間產(chǎn)生不同的相位差，從而在壓控振蕩器輸入端產(chǎn)生與輸入信號頻率變化相應的電壓變化，電壓變化經(jīng)源跟隨器隔離后在壓控振蕩器的解調輸出端10腳輸出解調信號。當VDD為10V，R1為10kΩ，C1為100pF時(shí)，鎖相環(huán)路的捕捉范圍為±0.4kHz。解調器輸出幅度取決于源跟隨器外接電阻R3值的大小。
圖5用CD4046與BCD加計數器CD4518構成的100倍頻電路。剛開(kāi)機時(shí)，f2不等于f1。假定f2<f1，相位比較器Ⅱ輸UΨ為高電平，經(jīng)濾波后Ud升高使VCO輸出頻率f2迅速上升，f2增大值至 f2=f1， Ui滯后 U0，則相位比較器Ⅱ輸出UΨ為低電平。UΨ經(jīng)濾波后得到的Ud信號開(kāi)始下降，f2/N=f1，并且f2與f1的相位差Δφ=0°，進(jìn)這就迫使VCO對f2進(jìn)行微調，最后達到入鎖定。此后f1又發(fā)生變化，鎖相環(huán)能再次捕獲f1，使f2與f1相位鎖定。

直流穩壓電源電路
輸出電壓V0=1.25（1+Rp/R1）,改變Rp的阻值就可以改變輸
出電壓，輸出電壓范圍為1.2V~3.7C2用于抑制高頻干擾；
C3作用是提高穩壓電源紋質(zhì)波抑制