高壓正弦發(fā)生器課程設(shè)計

1、<p>　　模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計（論文）</p><p>　　題目：高壓正弦發(fā)生器</p><p>　　院（系）： 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級： 電氣105 </p><p>　　課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語</p><p>　　院（系）：電子與信息工程學(xué)院

2、 教研室：電子信息教研室</p><p>　　注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本次課程設(shè)計內(nèi)容是：設(shè)計高壓正弦發(fā)生器，此高壓正弦發(fā)生器必須包括兩部分電路。一是正弦線號產(chǎn)生電路由運放器和一般的RC振蕩

3、器組成實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，二是高壓房大部分由電壓跟隨器及單極管放大電路和反比例運算放大器電路實現(xiàn)了高壓調(diào)頻的效果。要求輸出頻率可調(diào)，輸出幅度可調(diào)。所以本次設(shè)計是由正弦信號產(chǎn)生電路和電壓跟隨器及單管放大電路還有反響比例運算放大器的電路三部分構(gòu)成。</p><p>　　特點是：正弦信號產(chǎn)生部分，其中頻率調(diào)節(jié)功能是通過調(diào)節(jié)雙聯(lián)可變電容其實現(xiàn)的。電壓跟隨器是為了增大下一級的輸入電阻減小輸出電阻，同時作為緩沖級，是高壓放大部分不

4、受信號產(chǎn)生部分的影響，同時共射極放大電路放大正弦電壓信號，是信號幅度增強(qiáng)，信號更容易被高壓部分采集。滿足了此次課程設(shè)計的 </p><p>　　要求是：電路先進(jìn)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，制作容易，可操作性強(qiáng)。</p><p>　　關(guān)鍵字：正弦信號； 電壓跟隨器； 反比例放大器；高壓信號；</p><p><b>　　目 錄</b></p>

5、<p>　　1.1 高壓正弦發(fā)生器的概況6</p><p>　　第2章 高壓正弦發(fā)生器設(shè)計論證方案7</p><p>　　2.1 高壓正弦發(fā)生器設(shè)計的要求及技術(shù)指標(biāo)7</p><p>　　2.2設(shè)計方案論證7</p><p>　　2.3總體設(shè)計方案框圖及分析9</p><p>　　第3章 高壓正

6、弦發(fā)生器的單元電路設(shè)計10</p><p>　　3.1 正弦信號產(chǎn)生電路10</p><p>　　3.2 電壓跟隨器及放大電路11</p><p><b>　　11</b></p><p>　　3.3 反向比例運算放大器的電路12</p><p>　　第4章 高壓正弦發(fā)生器整體電路設(shè)計1

7、3</p><p>　　4.1 整體電路圖及工作原理13</p><p>　　4.2電路參數(shù)計算14</p><p>　　第5章 整機(jī)電路性能分析15</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　高壓正弦發(fā)生器的概況</p><p>　　1.

8、據(jù)國家電網(wǎng)《安全操作規(guī)程》的規(guī)定，高壓驗電器在使用前必須在有電的高壓線路或工頻高壓發(fā)生器上進(jìn)行實驗，確認(rèn)高壓驗電器工作良好后再進(jìn)行對高壓線路驗電檢測。高壓正弦發(fā)生器，具有對驗電器啟動電壓的檢測功能，該發(fā)生器可以輸出純正弦波50Hz工頻高壓，更真實的模擬了國家電網(wǎng)電壓的電氣參數(shù)，開機(jī)輸出低電壓功能，確保操作人員更安全。</p><p>　　2.該發(fā)生器同時可以產(chǎn)生10HZ-1KHZ，同時幅值在1-100伏的交流電壓

9、，可以滿足不同的實驗室工程技術(shù)等使用需要，為人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的方便。</p><p>　　高壓正弦發(fā)生器設(shè)計論證方案</p><p>　　高壓正弦發(fā)生器設(shè)計的要求及技術(shù)指標(biāo)</p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p>　　1.分析設(shè)計要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境

10、等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　2 .確定合理的總體方案。對各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。</p><p>　　3 .設(shè)計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計。</p><p>　　4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙

11、上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要說明。</p><p><b>　　技術(shù)指標(biāo):</b></p><p>　　要求高壓正弦信號發(fā)生器的線性失真不大于0.5%。</p><p>　　同時輸出正弦信號頻率范圍10Hz—1KHz可調(diào)。</p><p>　　輸出信號幅度1-100V可調(diào)。&l

12、t;/p><p><b>　　2.2設(shè)計方案論證</b></p><p>　　該高壓正弦發(fā)生器主要由正弦波震蕩產(chǎn)生電流路，中間電壓跟隨電路和高壓放大電路組成。根據(jù)實驗任務(wù)要求，對正弦信號產(chǎn)生部分采用多種方案：如模擬電路方案，數(shù)字電路方案，模數(shù)結(jié)合等方案。鑒于波形信號產(chǎn)生電路和模擬電路聯(lián)系緊密，因此采用模擬電路方案。模擬電路方案就是全部采用模擬電路形式。其中高壓放大電路部分

13、，我也有兩種電路方案。</p><p><b>　　方案一</b></p><p>　　圖1 變壓器實現(xiàn)高壓放大方案一</p><p>　　正弦信號產(chǎn)生后經(jīng)變壓器放大后,送入運放直接放大，優(yōu)點：電路結(jié)構(gòu)簡單，缺點由于信號的頻率變化較大，變壓器中容易產(chǎn)生漏感，結(jié)果引起較大的感抗，信號輸出后受到較大影響。</p><p>&

14、lt;b>　　方案二</b></p><p>　　圖2電壓跟隨高壓電壓放大方案二</p><p>　　該方案中在正弦信號產(chǎn)生電路和高壓放大電路之間加入了電壓跟隨器，是高壓放大部分不受正弦震蕩部分影響，同時起緩沖作用，另外加了共射極放大，是信號的幅值變化范圍更大，因此采用方案二</p><p>　　2.3總體設(shè)計方案框圖及分析 </p>

15、<p>　　圖3 總體方案設(shè)計框圖</p><p>　　高壓正弦發(fā)生器主要由三部分組成，即正弦信號產(chǎn)生部分，其中頻率調(diào)節(jié)功能是通過調(diào)節(jié)雙聯(lián)可變電容其實現(xiàn)的。。電壓跟隨器是為了增大下一級的輸入電阻減小輸出電阻，同時作為緩沖級，是高壓放大部分不受信號產(chǎn)生部分的影響，同時共射極放大電路放大正弦電壓信號，是信號幅度增強(qiáng)，信號更容易被高壓部分采集。</p><p>　　高壓正弦發(fā)生器的

16、單元電路設(shè)計</p><p><b>　　正弦信號產(chǎn)生電路</b></p><p>　　一般的RC振蕩器的頻率是有些是可調(diào)電容器調(diào)節(jié)的，由于可變電容易受空氣等雜質(zhì)影響，同時由于電容器的精度也較差，使得RC電路的穩(wěn)定性也不高。為此，我想到用雙調(diào)可變電阻來調(diào)節(jié)振蕩器的頻率能夠克服上述缺點，因為在這種RC網(wǎng)絡(luò)中，可以采用高穩(wěn)定的電阻，正弦發(fā)生電路產(chǎn)生較好的頻率響應(yīng)。<

17、/p><p>　　如下圖正弦信號產(chǎn)生電路由運放LM741構(gòu)成的文氏橋振蕩器頻率輸出，正弦信號由運算放大器的7腳輸出。C1，C2構(gòu)成雙聯(lián)可變電容器，實現(xiàn)頻率的調(diào)節(jié)。</p><p>　　圖4 頻率可調(diào)的正弦信號產(chǎn)生電路</p><p>　　可變電阻器R10，和R1構(gòu)成同軸雙調(diào)電位器，它們和C2 ,C1構(gòu)成串并聯(lián)文氏橋正弦信號發(fā)生器，運放741同相端接選頻網(wǎng)絡(luò)的腰，實現(xiàn)同時

18、調(diào)節(jié)電路的頻率。</p><p>　　而反相輸入端由場效應(yīng)管VT組成的穩(wěn)幅電路來穩(wěn)定幅值，從運算放大器輸出的正弦信號經(jīng)二極管VD1，VD2整流后，加至VT的柵極，如果輸出信號的幅值發(fā)生波動，則場效應(yīng)管的源極漏極阻抗相應(yīng)會發(fā)生改變，比如，當(dāng)幅值增加時，柵源電壓變負(fù)，將增強(qiáng)負(fù)反饋，反之亦然。結(jié)果引起運放相應(yīng)發(fā)生變化，從而信號穩(wěn)定輸出。</p><p>　　電壓跟隨器及放大電路</p>

19、;<p>　　圖5 電壓跟隨器構(gòu)成的緩沖級和共射極放大電路</p><p>　　運算放大器LM324構(gòu)成電壓跟隨器，實現(xiàn)電壓跟隨緩沖，增加輸入電阻減小輸出電阻，R1是基極偏置電阻，R2是集電極的偏置電阻，作用是為三極管9018提供可靠的靜態(tài)工作點，保證電壓放大順利進(jìn)行。R3是發(fā)射極反饋電阻，是電路更穩(wěn)定，C1是旁路電容。C2是耦合電容。正弦信號由此處輸出是和輸入信號是反相的。</p>

20、<p>　　反向比例運算放大器的電路</p><p>　　圖6高壓反相比例放大電路</p><p>　　該部分為高壓電路放大部分，運算放大器采用高壓運放3583，耐壓值最高在150伏，因此運算放大器的電源應(yīng)該為正負(fù)150伏，使用時應(yīng)將外殼接地。</p><p>　　該電路構(gòu)成反相比例運算放大電路，增益A=-Rf/R2,其中R1是可調(diào)電阻器，R2阻值不變，因

21、此可以實現(xiàn)增益不斷調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)正弦信號的幅值不斷變化。因為是反相比例運算放大電路，所以經(jīng)共射極后的信號到此處和輸入信號同相。至此達(dá)到本次課設(shè)的全部技術(shù)參數(shù)要求。</p><p>　　高壓正弦發(fā)生器整體電路設(shè)計</p><p>　　整體電路圖及工作原理</p><p><b>　　圖7 整機(jī)電路圖</b></p><p>

22、;　　如上圖電路由運放741等構(gòu)成頻率可調(diào)的正弦信號經(jīng)運放的8腳輸入至運放LM324的同相輸入端，進(jìn)行電壓跟隨，同時是下一放大極不受信號發(fā)生電路的影響，信號進(jìn)入由三極管9018構(gòu)成的共射極放大，信號至此反相，有輸入值耐高壓運放的反響輸入端，信號和輸入信號同相，幅值被放大。同時調(diào)節(jié)R12可以調(diào)節(jié)信號的幅值，調(diào)節(jié)同軸可變電阻可以調(diào)節(jié)頻率。</p><p><b>　　4.2電路參數(shù)計算</b>&

23、lt;/p><p><b>　　頻率調(diào)節(jié)：</b></p><p>　　C5=C6=0.56UF</p><p><b>　　f=</b></p><p>　　當(dāng)f=10HZ時，代入公式R=</p><p><b>　　R=28.4千歐姆</b></p

24、><p>　　當(dāng)f=1000HZ時，同理</p><p><b>　　R=284千歐姆。</b></p><p>　　所以調(diào)節(jié)雙軸滑動電位器在28----284千歐姆時，可調(diào)節(jié)頻率在10----1000HZ.</p><p><b>　　幅值調(diào)節(jié)</b></p><p>　　由于

25、頻率變化范圍比較大，所以選擇頻帶較寬的三極管9018.</p><p>　　設(shè)正弦信號的幅值為Vi=10mv,經(jīng)過三極管放大50倍。則Vi1=1050MV=0.5V。該信號經(jīng)過高耐壓運算放大器3583進(jìn)行幅值放大。</p><p>　　Vo=(-R12/R13)Vi1。</p><p>　　R13=20歐姆時，代入公式，VO1=1V.</p><

26、p>　　R13=2000歐姆時，VO1=100V.</p><p><b>　　實現(xiàn)了幅值可調(diào)。</b></p><p>　　第5章 整機(jī)電路性能分析</p><p>　　由正弦信號發(fā)生電路，電壓跟隨器及單管放大電路及的反響比例運算放大器的電路組成的高壓正弦發(fā)生電路，幫我們解決不少實驗上遇到的困難。</p><p>

27、;　　高壓正弦發(fā)生器主要由三部分組成，即正弦信號產(chǎn)生部分，其中頻率調(diào)節(jié)功能是通過調(diào)節(jié)雙聯(lián)可變電容其實現(xiàn)的。。電壓跟隨器是為了增大下一級的輸入電阻減小輸出電阻，同時作為緩沖級，是高壓放大部分不受信號產(chǎn)生部分的影響，同時共射極放大電路放大正弦電壓信號，是信號幅度增強(qiáng)，信號更容易被高壓部分采集。</p><p>　　正弦信號發(fā)生發(fā)生器，通過調(diào)節(jié)可變電阻器R10，和R1構(gòu)成的同軸雙調(diào)電位器，C2 ,C1構(gòu)成串并聯(lián)文氏橋正

28、弦信號發(fā)生器，運放741同相端接選頻網(wǎng)絡(luò)的腰，實現(xiàn)同時調(diào)節(jié)電路的頻率。從而可以輸出穩(wěn)定的正弦信號；而運算放大器，由LM324構(gòu)成電壓跟隨器，實現(xiàn)電壓跟隨緩沖，可以確保輸出信號和輸入信號是反向的；最后高壓放大電路部分中R1是可調(diào)電阻器，R2阻值不變，因此可以實現(xiàn)增益不斷調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)正弦信號的幅值不斷變化。因為是反相比例運算放大電路，所以經(jīng)共射極后的信號到此處和輸入信號同相。由此而得到可正常工作的高壓正弦放大電路。</p>

29、<p><b>　　課程設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過兩周的課程設(shè)計，我最終完成了高壓正弦發(fā)生器的電路的設(shè)計，整個電路圖由正弦發(fā)生電路和電壓跟隨器電路及反向比例放大器電路組成。因為是課程設(shè)計，所以要了解和掌握這方面許多模擬電子技術(shù)和電路知識，最終確定一個最合理的解決方案。在理論聯(lián)系實際，繪制電路圖，選擇最佳元件，完善電路圖，使得設(shè)計的電路所需的元件經(jīng)濟(jì)可靠實用，而且操作

30、容易，安全可靠完全符合整個設(shè)計的要求，但也有缺點，缺點就是元件多而繁瑣。這是個實踐的過程，也是個鍛煉人的過程，完成這次設(shè)計需要不斷的翻閱資料和請教別人，才能夠順利的完成這次課程設(shè)計任務(wù)，在這個過程中我學(xué)會了很多的東西，所以我會很珍惜課程設(shè)計這個環(huán)節(jié)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?］《集成運算放大器應(yīng)用精粹》人民郵電出版社肖景和

31、2006年</p><p>　?。?］《電子電路設(shè)計與制作》福建科學(xué)科學(xué)出版社 劉征宇2005年</p><p>　　［3］《通用模擬電路》 中國計量出版社組 2001年</p><p>　?。?］《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》西安交通大學(xué)出版社陳立萬 2006年</p><p>　　［5］《電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分》華光科技大學(xué)康華光 2007年<

32、/p><p>　?。?］《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 高等教育出版社 童詩白2005年</p><p>　　［7］《模擬電子技術(shù)簡明教程》 高等教育出版社 楊素行2007年</p><p>　?。?］《電子電路線性部分》高等教育出版社 謝嘉奎 1999年</p><p>　　［9］《實用模擬電子技術(shù)》 電子科技大學(xué) 施治雄 2006年</p>

33、;<p>　?。?0］《模擬集成電路原理及應(yīng)用》華南理工大學(xué)出版社 吳運昌 2007年</p><p><b>　　附錄一</b></p><p><b>　　整體電路圖</b></p><p><b>　　附錄二</b></p><p><b>　　元