高頻電子線路-XR2206函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計與實現(xiàn)

圖2.1.1  函數(shù)信號發(fā)生器硬件測試組成框圖

圖2.1.2  函數(shù)信號發(fā)生器軟件測試組成框圖

圖3.1.1 硬件電路圖

圖3.1.2  XR2206引腳圖

圖3.1.3  XR2206內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

                                                              (3.2.1)

                                         （3.2.2）

                             （3.2.3）

圖3.1.4  PCB電路圖

圖3.2.1 軟件仿真整體電路圖

由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。

工作電路如圖3.2.2所示，此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時刻輸出電壓則同相輸入端電位。通過對電容C正向充電，如圖中實線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當(dāng)t趨于無窮時，趨于；但是，一旦再稍增大，從躍變?yōu)?img id="aimg_z2mU0" onclick="zoom(this, this.src, 0, 0, 0)" class="zoom" width="35" height="23" src="http://c.51hei.com/a/huq/a/a/d/67/67.025.jpg" border="0" alt="" />,與此同時從躍變?yōu)?img id="aimg_Jv4uO" onclick="zoom(this, this.src, 0, 0, 0)" class="zoom" width="31" height="24" src="http://c.51hei.com/a/huq/a/a/d/67/67.028.jpg" border="0" alt="" />。隨后，又通過對電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。隨時間逐漸增長而減低，當(dāng)t趨于無窮大時，趨于；但是，一旦=,再減小，就從躍變?yōu)?img id="aimg_Eoo48" onclick="zoom(this, this.src, 0, 0, 0)" class="zoom" width="33" height="23" src="http://c.51hei.com/a/huq/a/a/d/67/67.024.jpg" border="0" alt="" />，從躍變?yōu)?img id="aimg_MN062" onclick="zoom(this, this.src, 0, 0, 0)" class="zoom" width="32" height="24" src="http://c.51hei.com/a/huq/a/a/d/67/67.033.jpg" border="0" alt="" />，電容又開始正相充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。

圖3.2.2 方波發(fā)生電路

工作原理如下：

如圖2.2.3所示，若a點斷開，運算發(fā)大器與、及、組成電壓比較器，為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即=0，同相輸入端接輸入電壓，稱為平衡電阻。比較器的輸出的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負(fù)電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）,當(dāng)比較器的時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。設(shè)Uo1=+Vcc,則

將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位-為

若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為

比較器的門限寬度

由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，a點斷開后，運放與、、及組成反相積分器，其輸入信號為方波，則積分器的輸出為

  時，

時，

可見積分器的輸入為方波時，輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波，a點閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波-三角波。

三角波的幅度為

方波-三角波的頻率f為

由以上兩式可以得到以下結(jié)論：

電位器在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用改變頻率的范圍，實現(xiàn)頻率微調(diào)。

方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓+Vcc。

電位器可實現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波-三角波的頻率。

圖4 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路

如圖4所示，三角波——正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成。

差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為：

式中

——差分放大器的恒定電流；

——溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時，≈26mV。

如果為三角波，設(shè)表達(dá)式為

式中——三角波的幅度；

　     T——三角波的周期。

為使輸出波形更接近正弦波，由圖6可見：

傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；

三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。

圖5為實現(xiàn)三角波——正弦波變換的電路。其中調(diào)節(jié)三角波的幅度，調(diào)整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容，，為隔直電容，為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。

              圖5 三角波-正弦波變換電路的仿真圖            

圖6 三角波-正弦波變換

（1）方波-三角波中電容變化（關(guān)鍵性變化之一）

實物連線中，我們一開始很長時間出不來波形，后來將從10uf（理論時可出來波形）換成0.1uf時，順利得出波形。實際上，分析一下便知當(dāng)=10uf時，頻率很低，不容易在實際電路中實現(xiàn)。

（2）三角波-正弦波部分

比較器和積分器的元件計算如下。

由式（3-61）得

即

取，則，取，為47KΩ的點位器。區(qū)平衡電阻

由式

可知當(dāng)時，取=10uF，則，取，為100KΩ電位器。當(dāng)時，取C1=1uF以實現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻R17為10千歐。

三角波—正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容、、要取得較大，因為輸出頻率很低，取，濾波電容視輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多，可取得較小，一般為幾十皮法至0.1微法。=100歐與=100歐姆相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的幾靜態(tài)工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整及電阻R*確定。

我們通過動手實踐操作，進一步學(xué)習(xí)和掌握了有關(guān)高頻原理的有關(guān)知識，特別是動手操作方面，加深了對函數(shù)發(fā)生器的認(rèn)識，進一步鞏固了對高頻知識的理解，也對XR2206的基本工作原理和調(diào)試儀器有了一定的了解。在設(shè)計時我們根據(jù)課題要求，復(fù)習(xí)了相關(guān)的知識，還查閱了相當(dāng)多的資料，這也在一定程度上拓寬了我們的視野，豐富了我們的知識。這次的高頻設(shè)計重點是通過實踐操作和理論相結(jié)合，提高動手實踐能力，提高科學(xué)的思維能力。在接觸設(shè)計之前，因為這門的難度很深度，我對高頻是敬而遠(yuǎn)之的心態(tài)，所以基礎(chǔ)知識以及邏輯推理思維方面都是相當(dāng)欠缺。在對高頻的實驗?zāi)�塊操作方法所知甚少和對調(diào)試知識幾乎一無所知的程度

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