脈沖信號發生器


(一)正弦波的產生本文由www.ytjinfuren.com整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正。

信號發生電路因不外加輸入信號就有穩定的輸出信號稱為自激振蕩電路,要產生振蕩滿相位條件和幅值條件正弦波的產生有多種方法(通過已學的知識和查閱相關的資料得出如下結論):
DDFS數字頻率合成本文由www.ytjinfuren.com整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正。

DDFS由相位累加器,正弦查找表,DAC和低通濾波器組成.參考時鐘是一個穩定的晶振,相位累加器類似計數器,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的數據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,用在數據尋址時,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實現只要在FPGA內建立一個正弦查找表,然后在外部時鐘驅動下,讀取正弦數據表中的數據,再送到高速DAC中進行數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和石英晶振電路產生的正弦信號頻率較高。在本設計中,正弦信號的產生不是最終目的,只是其中一部分,而且要通過簡單中小規模器件手工焊接實現.前兩種方法雖然很好,但對于本設計不好實現.又要求得到的正弦信號頻率為1HZ,不高,用RC振蕩電路實現.

(二)波形變換

此設計要將正弦波變為 同頻方波,想到可以用施密特觸發器或過零比較器實現,兩種方法都比較好實現,本學期剛學完數電,希望在實踐中用一下,選用施密特來實現.用555連成的如下圖;

(三)分頻倍頻

計數器的一個功能實現分頻,本設計中要求實現十分頻,可以選用十進制的計數器74LS160也可以用任意進制的計數器連成十進制的計數器.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.
倍頻電路通過查閱資料,選用鎖相環來實現.
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振蕩電路在沒有外加輸入信號下,依靠自激振蕩產生正弦波,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,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回路中串聯兩個二極管,電流增大時二極管動態電阻小,電流減小時二極管動態電阻增大的特點,加入非線性環節,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,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

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

（四）鎖相環

PLL鎖相環構成的倍頻器
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
出又經除法器再進入相位比較器Ⅰ，繼續與Ui進行相位比
較，最后使得f2＝f1，兩者的相位差為值，實現了相位
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時則應經放大器放大后用交流耦合到鎖相環的14腳輸入端環路的相位比較器采用比較器Ⅰ，鎖相環系統中的中心頻率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生不同的相位差，從而在壓控振蕩器輸入端產生與輸入信號頻率變化相應的電壓變化，電壓變化經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。剛開機時，f2不等于f1。假定f2<f1，相位比較器Ⅱ輸UΨ為高電平，經濾波后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又發生變化，鎖相環能再次捕獲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波抑制