脈沖信號發(fā)生器


(一)正弦波的產(chǎn)生本文由m.zhongyiwenxian.com.cn整理提供，部分內容來源于網(wǎng)絡，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(wěn)定的輸出信號稱為自激振蕩電路,要產(chǎn)生振蕩滿相位條件和幅值條件正弦波的產(chǎn)生有多種方法(通過已學的知識和查閱相關的資料得出如下結論):
DDFS數(shù)字頻率合成本文由m.zhongyiwenxian.com.cn整理提供，部分內容來源于網(wǎng)絡，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.參考時鐘是一個穩(wěn)定的晶振,相位累加器類似計數(shù)器,在每個時鐘脈沖到來時,就輸出一個相位增量即把頻率控制字FSW的數(shù)據(jù)變成相位抽樣來確定輸出頻率,相位增量隨指令的不同而不同,用在數(shù)據(jù)尋址時,正弦查找表就把存儲的值轉換成正弦波幅度的數(shù)字量,DAC把數(shù)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實現(xiàn)只要在FPGA內建立一個正弦查找表,然后在外部時鐘驅動下,讀取正弦數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù),再送到高速DAC中進行數(shù)摸轉換就可以得到正弦信號.
用簡單的振蕩電路

: 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,而且要通過簡單中小規(guī)模器件手工焊接實現(xiàn).前兩種方法雖然很好,但對于本設計不好實現(xiàn).又要求得到的正弦信號頻率為1HZ,不高,用RC振蕩電路實現(xiàn).

(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)器或過零比較器實現(xiàn),兩種方法都比較好實現(xiàn),本學期剛學完數(shù)電,希望在實踐中用一下,選用施密特來實現(xiàn).用555連成的如下圖;

(三)分頻倍頻

計數(shù)器的一個功能實現(xiàn)分頻,本設計中要求實現(xiàn)十分頻,可以選用十進制的計數(shù)器74LS160也可以用任意進制的計數(shù)器連成十進制的計數(shù)器.考慮到市場上160不好買且成本高,選用十六進制74LS161接成十進制來實現(xiàn).
倍頻電路通過查閱資料,選用鎖相環(huán)來實現(xiàn).
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現(xiàn),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.
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)兩個二極管,電流增大時二極管動態(tài)電阻小,電流減小時二極管動態(tài)電阻增大的特點,加入非線性環(huán)節(jié),從而 使輸出電壓穩(wěn)定
2.參數(shù)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,參考電容標稱值,選為1μf=1 按標稱值選與它最接近的值,故選為160Ω(2)滿足起振條件
Rf 先確定,另則Rf
為穩(wěn)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:書上和仿真時運放都是理想,增益無窮大,中不實現(xiàn),選擇時,時選增益稍大的如RC4558,像741就因增益不夠大振蕩不起來.
二極管:承受反壓都可達到50𝗩故本設計不用考慮耐壓問題,選擇開關特性好的,如1N4148.

(二)施密特觸發(fā)電路

用555連接成,引腳少,在焊接調試時減少隱患連接圖如下:
在施密特的輸入端加入正弦波,根據(jù)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(shù)器

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

（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進行放大、整形后加到相比較器Ⅰ、Ⅱ的輸入端，圖1
開關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)除法器再進入相位比較器Ⅰ，繼續(xù)與Ui進行相位比
較，最后使得f2＝f1，兩者的相位差為值，實現(xiàn)了相位
鎖定。若開關K撥至13腳，則相位比較器Ⅱ工作，過程與
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，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(jié)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(shù)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，用CD4046時則應經(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(tǒng)中的中心頻率f0等于調頻信號的載頻，這樣會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，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(shù)器CD4518構成的100倍頻電路。剛開機時，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信號開始下降，f2/N=f1，并且f2與f1的相位差Δφ=0°，進這就迫使VCO對f2進行微調，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(wěn)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(wěn)壓電源紋質波抑制