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音频信号发生器的设计

  • 简介:(毕业论文 字数:12597 页数:23)摘要:本文主要介绍音频信号发生器的设计和选材情况.画出音频信号发生器的构成框图,对框图中涉及到的模块分别提出几种设计方案;简单介绍几种方案的工作原理,对各方案进行讨论并从中选择出适合此次设计的具体方案来;...
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(毕业论文 字数:12597 页数:23)摘要:本文主要介绍音频信号发生器的设计和选材情况.画出音频信号发生器的构成框图,对框图中涉及到的模块分别提出几种设计方案;简单介绍几种方案的工作原理,对各方案进行讨论并从中选择出适合此次设计的具体方案来;对电路中涉及到的电阻的阻值、电容的容值进行计算,合理地选择放大器及其他元器件的型号;画出音频信号发生器的全电路图;最后列出电路中用到的元器件清单,为制造实物作出准备.

关键词: 音频信号发生器,设计方案,阻值,容值计算,选择元器件型号,全电路图,清单

目  录
1 引言 1
2 概述 2
3 设计任务、技术指标和要求 2
4 方案选择与论证 2
4.1 正弦发生部分设计方案 3
4.1.1 用分立元件产生振荡 3
4.1.2 压控振荡电路 4
4.1.3 用集成函数信号发生器+外围元件构成振荡 5
4.1.4 用锁相环构成频率合成器 5
4.1.5 直接数字合成(DDS)正弦信号源 7
4.2 输出电路部分设计方案 8
4.2.1 射极输出器 8
4.2.2 BJT管OCL或OTL功率放大电路 8
4.2.3 MOSFET管功放电路 8
4.2.4 集成功率放大器 9
5 功能块的设计 10
5.1  正弦信号发生部分电路设计 10
5.1.1  主要性能特点 10
5.1.2  基本工作原理 11
5.2  输出部分电路设计 12
6 单元电路的设计和电路元件参数的计算 12
6.1 正弦振荡电路的设计 12
6.1.1 根据5G8038芯片内部原理与引脚分布情况设计正弦波振荡电路 12
6.1.2  计算定时电容C1的值 13
6.2 输出电路的设计 13
6.2.1 T2、T3管的选择设计 14
6.2.2 计算偏置电阻R6 15
6.2.3 恒流源电路的设计 16
6.2.4 R7的计算 16
7 音频信号发生器的全电路原理图 16
8 元器件清单 17
8.1 芯片的选择 17
8.2 结型场效应管的选择 17
8.3 电阻器的选择 17
8.4 电位器的选择 18
8.5 电容器的选择 19
结论 20
参考文献 21
致谢 21

1 引言
在科研和实验室中,经常需要使用各种频率、各种波形和各种幅度的信号源,用以测量、调整和检修工作。
信号发生器的技术性能通常由频率范围,频率准确度与稳定度,非线性失真系数,输出电压与功率和输出阻抗等项目来表示。
信号发生器可分为音频、高频、超高频及脉冲信号发生器。
各种信号发生器的频率划分大致如下:
音频信号发生器:20HZ~1MHZ;
高频信号发生器:100KHZ~30MHZ;
超高频信号发生器:4MHZ~300MHZ;
脉冲信号发生器的频率范围即脉冲重复频率无一定的标准,如MF-1型脉冲信号发生器的重复频率范围是0.1HZ~1MHZ,XC-14型脉冲信号发生器的重复频率为3MHZ~50MHZ,而XC-19型脉冲信号发生器的重复频率高达300MHZ。
本文只介绍音频信号发生器,它是在无线电测量和检修工作中,用作输出频率为200HZ~20KHZ的音频信号源,可用来测试、检查音频放大器、扬声器的频率特性和非线性失真;也可用来测量滤波器的通频带,用作高频信号或射频脉冲的调制信号。
音频信号发生器的设计方案各有千秋,本文将具体列出几种方案进行讨论,从中选择出合适的方案设计一套音频信号发生器。

2 概述
用于测量的信号源称为信号发生器。它是一种最基本且使用十分广泛的电子测量仪器,是为进行电子测量提供符合一定技术要求电信号的仪器设备。一般将信号源分为三类,正弦信号发生器、函数(波形)信号发生器和脉冲信号发生器。
在实际测量中,正弦信号发生器的应用最为广泛。正弦测试信号具有如下两个特点:
(1)它的波形不受线性电路或系统的影响,即在正弦信号激励的情况下,线性电路内的所有电压和电流都是具有同一个频率的正弦波,只是幅值和相位可能有所差别。
(2)正弦波测试是线性系统频域分析的重要实验方法。其原因是,若已知线性系统对所有频率(或一组很相近的频率)的外加正弦信号的幅值和相位的响应,则能够完全确定该系统在其线性工作范围内对于任意输入信号的响应。
正是因为正弦测试信号的这两个特点,使得正弦信号发生器在线性系统的测量中具有重要意义,使其广泛应用于各种电子元器件和组成部件的测量和检定,以及高频和低频放大电路、传输网络、滤波器及电子产品整机的性能指标的测试。 
音频信号发生器是指频率在几百赫至几十千赫的正弦信号发生器。完成一个音频信号发生器的设计和安装调试,可以达到对电路理论知识的较全面的运用和掌握电路的实际安装调试技术,也有一定的实用价值。
3 设计任务、技术指标和要求
完成一个音频信号发生器的理论设计,列出元器件清单,制造出实物。其技术指标要求为:
(1)频率范围200HZ~200KHZ;
(2)输出电压U0≥2V(连续可调);
(3)非线性失真(在频率范围内)r<0.5%;
4 方案选择与论证
根据课题任务及技术指标要求,所要设计的音频信号发生器有音频信号的频率调节范围要求,也就是要有一个能够在指定的频率范围内的正弦信号发生部分。同时对输出信号的电压和所带负载也有规定,也就是说对输出功率有一定要求,因此要有一个输出电路部分。所以设计课题的总体功能框图如图1所示便可。

4.1 正弦发生部分设计方案
4.1.1 用分立元件产生振荡
以晶体管为核心元件,加RC或LC选频网络以及稳幅电路等构成的分立元件正弦波振荡电路。这种电路的优点是简单、廉价,但由于采用分立元件,稳定性较差,元件稍多些时调节也较麻烦。
文氏电桥RC振荡器是用分立元件构成振荡的典型电路,其工作原理图如图2所示;
工作原理;R1,C1与R2,C2构成桥路的正反馈桥臂,RP1,Rt°与R4构成桥路的负反馈桥臂。A、B接放大器输出端,得输出信号VAB;C、D接放大器输入端,得输入信号VCD,VCD是以正反馈桥臂与负反馈桥臂之间的信号差值作为放大器的输入信号的。振荡器正常工作时,电桥近与平衡,此时VCD与VAB相比很小,它们之间所差的倍数由放大器的放大量决定的。在负反馈桥臂中采用了有稳定幅度作用的热敏电阻Rt°,它使得电路在深度负反馈作用下,能自动维持振幅的稳定。
一个理想的文氏电桥振荡器应满足以下条件:
(1)放大器本身应在其全部工作频率上,且有360°的相位移,并有足够的放大量;
(2)负反馈的分压比应具有零漂移;
(3)放大器的输入阻抗应为无穷大;
(4)放大器的输出阻抗应为0;
(5)此时振荡频率应为f0=1/2∏√(R1C1R2C2)。
(6)正反馈的分压关系同电阻分压一样,即VAB与VCD之间的相位差为0。
在如上情况下,振荡器能满足起振的相位条件和振幅条件,所以能起振。
文氏振荡器的优点除了振幅稳定、波形失真小以外,还可以很方便地连续改变振荡器的振荡频率,可调范围比较宽。适合于音频或超音频范围内使用。目前低频信号发生器也大都采用这种电路形式。

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