高压正弦发生器课程设计.docx
《高压正弦发生器课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高压正弦发生器课程设计.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
高压正弦发生器课程设计
模拟电子技术基础课程设计（论文）
题目：
高压正弦发生器
院（系）：
电气工程学院
专业班级：
电气105
课程设计（论文）任务及评语
学号
学生姓名
专业班级
课程设计题目
高压正弦发生器设计
课程设计（论文）任务
设计参数：
1设计并制作一台高压信号发生器。
包括正弦信号产生电路和高压放大电路部分。
2线性失真度不大于0.5%
输出正弦信号频率范围10Hz—1KHz可调，输出信号幅度1-100V可调。
设计要求：
1.分析设计要求，明确性能指标。
必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
.2确定合理的总体方案。
对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。
.3设计各单元电路。
总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。
4组成系统。
在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明
进度计划
1、查阅资料，理解掌握正弦发生电路，反相放大电路，高压发生电路。
（3天）
2、确定电路图，设计正弦发生器接线图。
（3天）
3、确定控制参数，绘图，分析系统性能。
（2天）
4、撰写、打印设计说明书（2天）
指导教师评语及成绩
平时：
论文质量：
答辩：
总成绩：
指导教师签字：
年月日
院（系）：
电子与信息工程学院教研室：
电子信息教研室
注：
成绩：
平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算
摘要
本次课程设计内容是：
设计高压正弦发生器，此高压正弦发生器必须包括两部分电路。
一是正弦线号产生电路由运放器和一般的RC振荡器组成实现频率调节，二是高压房大部分由电压跟随器及单极管放大电路和反比例运算放大器电路实现了高压调频的效果。
要求输出频率可调，输出幅度可调。
所以本次设计是由正弦信号产生电路和电压跟随器及单管放大电路还有反响比例运算放大器的电路三部分构成。
特点是：
正弦信号产生部分，其中频率调节功能是通过调节双联可变电容其实现的。
电压跟随器是为了增大下一级的输入电阻减小输出电阻，同时作为缓冲级，是高压放大部分不受信号产生部分的影响，同时共射极放大电路放大正弦电压信号，是信号幅度增强，信号更容易被高压部分采集。
满足了此次课程设计的
要求是：
电路先进，结构简单，成本低，制作容易，可操作性强。
关键字：
正弦信号；电压跟随器；反比例放大器；高压信号；
目录
1.1高压正弦发生器的概况6
第2章高压正弦发生器设计论证方案7
2.1高压正弦发生器设计的要求及技术指标7
2.2设计方案论证7
2.3总体设计方案框图及分析9
第3章高压正弦发生器的单元电路设计10
3.1正弦信号产生电路10
3.2电压跟随器及放大电路11
11
3.3反向比例运算放大器的电路12
第4章高压正弦发生器整体电路设计13
4.1整体电路图及工作原理13
4.2电路参数计算14
第5章整机电路性能分析15
第1章绪论
高压正弦发生器的概况
1.据国家电网《安全操作规程》的规定，高压验电器在使用前必须在有电的高压线路或工频高压发生器上进行实验，确认高压验电器工作良好后再进行对高压线路验电检测。
高压正弦发生器，具有对验电器启动电压的检测功能，该发生器可以输出纯正弦波50Hz工频高压，更真实的模拟了国家电网电压的电气参数，开机输出低电压功能，确保操作人员更安全。
2.该发生器同时可以产生10HZ-1KHZ，同时幅值在1-100伏的交流电压，可以满足不同的实验室工程技术等使用需要，为人们的生产生活带来了极大的方便。
第1章高压正弦发生器设计论证方案
高压正弦发生器设计的要求及技术指标
设计要求
1.分析设计要求，明确性能指标。
必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
2.确定合理的总体方案。
对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。
3.设计各单元电路。
总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。
4.组成系统。
在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要说明。
技术指标:
1．要求高压正弦信号发生器的线性失真不大于0.5%。
2．同时输出正弦信号频率范围10Hz—1KHz可调。
3．输出信号幅度1-100V可调。
2.2设计方案论证
该高压正弦发生器主要由正弦波震荡产生电流路，中间电压跟随电路和高压放大电路组成。
根据实验任务要求，对正弦信号产生部分采用多种方案：
如模拟电路方案，数字电路方案，模数结合等方案。
鉴于波形信号产生电路和模拟电路联系紧密，因此采用模拟电路方案。
模拟电路方案就是全部采用模拟电路形式。
其中高压放大电路部分，我也有两种电路方案。
方案一
图1变压器实现高压放大方案一
正弦信号产生后经变压器放大后,送入运放直接放大，优点：
电路结构简单，缺点由于信号的频率变化较大，变压器中容易产生漏感，结果引起较大的感抗，信号输出后受到较大影响。
方案二
图2电压跟随高压电压放大方案二
该方案中在正弦信号产生电路和高压放大电路之间加入了电压跟随器，是高压放大部分不受正弦震荡部分影响，同时起缓冲作用，另外加了共射极放大，是信号的幅值变化范围更大，因此采用方案二
2.3总体设计方案框图及分析
图3总体方案设计框图
高压正弦发生器主要由三部分组成，即正弦信号产生部分，其中频率调节功能是通过调节双联可变电容其实现的。
。
电压跟随器是为了增大下一级的输入电阻减小输出电阻，同时作为缓冲级，是高压放大部分不受信号产生部分的影响，同时共射极放大电路放大正弦电压信号，是信号幅度增强，信号更容易被高压部分采集。
第2章高压正弦发生器的单元电路设计
正弦信号产生电路
一般的RC振荡器的频率是有些是可调电容器调节的，由于可变电容易受空气等杂质影响，同时由于电容器的精度也较差，使得RC电路的稳定性也不高。
为此，我想到用双调可变电阻来调节振荡器的频率能够克服上述缺点，因为在这种RC网络中，可以采用高稳定的电阻，正弦发生电路产生较好的频率响应。
如下图正弦信号产生电路由运放LM741构成的文氏桥振荡器频率输出，正弦信号由运算放大器的7脚输出。
C1，C2构成双联可变电容器，实现频率的调节。
图4频率可调的正弦信号产生电路
可变电阻器R10，和R1构成同轴双调电位器，它们和C2,C1构成串并联文氏桥正弦信号发生器，运放741同相端接选频网络的腰，实现同时调节电路的频率。
而反相输入端由场效应管VT组成的稳幅电路来稳定幅值，从运算放大器输出的正弦信号经二极管VD1，VD2整流后，加至VT的栅极，如果输出信号的幅值发生波动，则场效应管的源极漏极阻抗相应会发生改变，比如，当幅值增加时，栅源电压变负，将增强负反馈，反之亦然。
结果引起运放相应发生变化，从而信号稳定输出。
电压跟随器及放大电路
图5电压跟随器构成的缓冲级和共射极放大电路
运算放大器LM324构成电压跟随器，实现电压跟随缓冲，增加输入电阻减小输出电阻，R1是基极偏置电阻，R2是集电极的偏置电阻，作用是为三极管9018提供可靠的静态工作点，保证电压放大顺利进行。
R3是发射极反馈电阻，是电路更稳定，C1是旁路电容。
C2是耦合电容。
正弦信号由此处输出是和输入信号是反相的。
反向比例运算放大器的电路
图6高压反相比例放大电路
该部分为高压电路放大部分，运算放大器采用高压运放3583，耐压值最高在150伏，因此运算放大器的电源应该为正负150伏，使用时应将外壳接地。
该电路构成反相比例运算放大电路，增益A=-Rf/R2,其中R1是可调电阻器，R2阻值不变，因此可以实现增益不断调节，从而实现正弦信号的幅值不断变化。
因为是反相比例运算放大电路，所以经共射极后的信号到此处和输入信号同相。
至此达到本次课设的全部技术参数要求。
第3章高压正弦发生器整体电路设计
整体电路图及工作原理
图7整机电路图
如上图电路由运放741等构成频率可调的正弦信号经运放的8脚输入至运放LM324的同相输入端，进行电压跟随，同时是下一放大极不受信号发生电路的影响，信号进入由三极管9018构成的共射极放大，信号至此反相，有输入值耐高压运放的反响输入端，信号和输入信号同相，幅值被放大。
同时调节R12可以调节信号的幅值，调节同轴可变电阻可以调节频率。
4.2电路参数计算
频率调节：
C5=C6=0.56UF
f=
当f=10HZ时，代入公式R=
R=28.4千欧姆
当f=1000HZ时，同理
R=284千欧姆。
所以调节双轴滑动电位器在28----284千欧姆时，可调节频率在10----1000HZ.
幅值调节
由于频率变化范围比较大，所以选择频带较宽的三极管9018.
设正弦信号的幅值为Vi=10mv,经过三极管放大50倍。
则Vi1=1050MV=0.5V。
该信号经过高耐压运算放大器3583进行幅值放大。
Vo=（-R12/R13）Vi1。
R13=20欧姆时，代入公式，VO1=1V.
R13=2000欧姆时，VO1=100V.
实现了幅值可调。
第5章整机电路性能分析
由正弦信号发生电路，电压跟随器及单管放大电路及的反响比例运算放大器的电路组成的高压正弦发生电路，帮我们解决不少实验上遇到的困难。
高压正弦发生器主要由三部分组成，即正弦信号产生部分，其中频率调节功能是通过调节双联可变电容其实现的。
。
电压跟随器是为了增大下一级的输入电阻减小输出电阻，同时作为缓冲级，是高压放大部分不受信号产生部分的影响，同时共射极放大电路放大正弦电压信号，是信号幅度增强，信号更容易被高压部分采集。
正弦信号发生发生器，通过调节可变电阻器R10，和R1构成的同轴双调电位器，C2,C1构成串并联文氏桥正弦信号发生器，运放741同相端接选频网络的腰，实现同时调节电路的频率。
从而可以输出稳定的正弦信号；而运算放大器，由LM324构成电压跟随器，实现电压跟随缓冲，可以确保输出信号和输入信号是反向的；最后高压放大电路部分中R1是可调电阻器，R2阻值不变，因此可以实现增益不断调节，从而实现正弦信号的幅值不断变化。
因为是反相比例运算放大电路，所以经共射极后的信号到此处和输入信号同相。
由此而得到可正常工作的高压正弦放大电路。
第6章课程设计总结
经过两周的课程设计，我最终完成了高压正弦发生器的电路的设计，整个电路图由正弦发生电路和电压跟随器电路及反向比例放大器电路组成。
因为是课程设计，所以要了解和掌握这方面许多模拟电子技术和电路知识，最终确定一个最合理的解决方案。
在理论联系实际，绘制电路图，选择最佳元件，完善电路图，使得设计的电路所需的元件经济可靠实用，而且操作容易，安全可靠完全符合整个设计的要求，但也有缺点，缺点就是元件多而繁琐。
这是个实践的过程，也是个锻炼人的过程，完成这次设计需要不断的翻阅资料和请教别人，才能够顺利的完成这次课程设计任务，在这个过程中我学会了很多的东西，所以我会很珍惜课程设计这个环节。
参考文献
［1］《集成运算放大器应用精粹》人民邮电出版社肖景和2006年
［2］《电子电路设计与制作》福建科学科学出版社刘征宇2005年
［3］《通用模拟电路》中国计量出版社组2001年
［4］《模拟电子技术基础》西安交通大学出版社陈立万2006年
［5］《电子技术基础模拟部分》华光科技大学康华光2007年
［6］《模拟电子技术基础》高等教育出版社童诗白2005年
［7］《模拟电子技术简明教程》高等教育出版社杨素行2007年
［8］《电子电路线性部分》高等教育出版社谢嘉奎1999年
［9］《实用模拟电子技术》电子科技大学施治雄2006年
［10］《模拟集成电路原理及应用》华南理工大学出版社吴运昌2007年
附录一
整体电路图
附录二
元器件清单
元件
型号
大小
数量
R2
4.7kohm
1
R4R5R7
270hom
3
R6
Key=a50%1M-LIN
1
R8
300khom
1
R9R15R1
2.4kohm
3
R10
2.0kohm
1
R11R14R3
1.0kohm
3
R12
Key=a50%10k-LIN
1
R13
10ohm
1
R16
Key=a50%500k-LIN
1
C1
33pF
1
C2
15pF
1
C3C4
1vF
2
C5，C6
560nF
2
C7，C8
47vF
2
C9，C10
220vF
2
二极管
1N1206C
2
U2A
LMS24AJ
1
U4
741
1
运算放大器
LM324
1
三极管
9018
1
场效应管
1
高压运放
3583
1
升级会员 