液压信号发生器基本类型与信号产生的原理
液压信号发生器基本类型与信号产生的原理
摘要:将液压信号发生器概括为泄流型和节流型两大类。从流量压力特性方程出发,分析了节流型信号发生器信号产生的机理,指出了薄壁孔节流型信号发生器的分析计算依据和设计计算要点,并针对最常用的锥阀式信号发生器,进行了实例计算。提出了信号的类型取决于阀口开关的规律.控制方式是信号产生和变化的关键、采用比例伺服控制可提高信息传输量等观点。
关键词:钻井工程;随钻测井;液压信号发生器
无线随钻测量仪器(MWD)在石油钻井工程中的应用越来越普遍,而钻井液压力波动信号传输,是目前从井下向地面传输数据最实用可靠的方法。因而,分析研究液压信号的产生特性,对于研制能够在恶劣的钻井条件下,高效、可靠地传输井下测量数据的随钻测量仪器是非常必要的。
1 MWD系统液压信号发生器的基本类型
钻井液压力脉冲信号应用于随钻测量已经有几十年的历史了,早在1964年, Arps就描述了一种应用往复阀产生钻井液脉冲的MWD系统,这种脉冲发生器的数据传输速率低于1bit/s。1977年,Patton等人描述了一种MWD系统,它应用转阀机构(Siren)产生连续压力波信号,并应用移相键控调制方式,数据传输率可达3 bits/s。2001年, R.Hutin等人介绍了一种斯伦贝谢公司的新型MWD系统,它也应用了一种钻井液汽笛来产生连续正脉冲波形。钻井液脉冲信号的产生可以通过将部分钻井液排到环空来实现,也可以通过限制钻井液在钻柱中的流动来实现。从目前的应用
情况来看,按照信号发生的机理,MWD液压信号发生器可分为泄流型(负脉冲信号发生器)和节流型(包括正脉冲和连续信号发生器)两种基本类型。
1.1 泄流型信号发生器
如图1所示,信号的产生是通过把钻柱内的钻井液经卸流阀排放到环空来实现的,由于这种信号是通过阀芯的突然开闭产生的,压力波动信号为低于钻柱内正常压力的脉动信号,因此往往被称作负脉冲信号发生器。从信号产生机理上看,属于泄流型信号发生器。这种信号发生器由于存在污染、信号速率低、消耗能量大等缺点,已逐渐被淘汰。
1.2 往复节流信号发生器
如图2所示,当节流阀开度关小时,钻井液流动受到阻止,如果保持通过的流量不变,则钻柱内的压力必然升高,当节流阀打开时,液流畅通,压力就会恢复到原来状态。由于这种信号是通过阀芯的突然开大或关小产生的,压力波动信号为高于钻柱内正常压力的脉动信号,因此往往被称作正脉冲信号发生器。从信号产生机理上看,属于节流型信号发生器。
1.3 旋转节流信号发生器
如图3所示,与往复节流阀型信号发生器类似,这种信号发生器也是通过阻止钻柱内的钻井液流动来产生压力波动的。主要部件有一个转子和一个定子,每个转子和定子上有多个叶片,由电机驱动转子打开或部分关闭定子叶片间的开口,当开口开大时,钻井液流动畅通,压力减小;当开口关小时,钻井液流动受阻,压力增大。控制转子瞬时开闭或者连续开闭,就会产生脉冲或者连续压力波动。
2 节流型信号发生器信号产生原理
液压系统中应用的节流方式大致有薄壁小孔节流、缝隙节流、短管节流和细长孔节流等类型,在阀类元件中以薄壁孔节流形式应用较多。节流型液压信号发生器的阀孔可以近似为薄壁小孔。所谓薄壁小孔,是指
孔的长度与直径比值l/d≤0.5,由流体力学关于薄壁孔流量特性理论可知,其流量特性可表示为:
式中,Q为流过阀孔的流量;C
为流量系数,需要根据孔口结构形式做
d
=0.6~0.8;A为阀孔的通流面积;ρ为液体密度;Δp为具体分析,一般C
d
阀孔前后的压力差。
对于图4所示的滑阀和锥阀结构,阀口的通流面积与阀芯的开启位移成正比,则式(1)变化为:
其中,x是阀芯的轴向开口量,称为开度,B为阀口宽度。
对于圆柱滑阀,当间隙δ可忽略时,B=πd;对于锥阀,B的近似计算方法为:
假设Cd、ρ、Q为常量,从式(4)可以看出,阀孔前后的压力增量与阀孔通流面积的平方A2或者阀口的开度平方x2成反比。
3 薄孔节流信号发生器设计要点
3.1 压力波幅的限定与最小开度的确定由式(1)变化得:
为了防止阀关闭时压力过高,一般阀口需要留有最小开口面积Amin(或最小开度xmin),其大小由所限定的最大压力增量Δpmax来确定,即:
例如,当锥阀小径d1=66.2mm,大径d2=71.5mm,锥角φ=45°时,由式(3)计算得B=0.153m。若取输入流量Q=0.025 m3/s,液体密度ρ=1.1×103kg/m3,流量系数Cd=0.7,当限定阀口压差为2MPa时,由式(9)计算得xmin=3.87mm。因此,最小通流面积或开度可根据所需最大压力波的幅度通过结构设计加以控制。
3.2 全开度阀口压力损失的计算
液压信号发生器不工作时,阀口处于最大开启状态,由于阀口局部形状尺寸的变化,会在阀口前后产生一定的压力降,即局部压力损失,可由下
式计算:Δp=ξρv2/2 式中,v为液体流速;ρ为液体密度;ξ为局部压力损失系数。
若取:液体流量Q=25×10-3m3/s,阀口面积A=12.0 cm2=12×10-4m2,液体密度ρ=1.1×103kg/m3,局部阻力系数ξ=4,计算得:流速v=20.8 m/s,压力损失Δp=0.95MPa。
3.3 最大开度的确定
原则上来说,为提高阀芯的动作速度、减小阀芯的开闭时间,应尽量减小最大开口面积(或者开度),缩短阀芯的行程。从式(6)来看,就是在工况允许的情况下,应保持阀口具有较大的压力损失,或者说允许阀口具有一定的能量消耗。例如取钻井液密度ρ=1.1×103kg/m3,流量系数Cd=0.7,输入流量Q=25×10-3m3/s时,则由式(6)得:
若阀芯为d1=66mm、d2=72mm、锥角φ=45°的锥阀结构时,B=0.153m,则由式(7)得:
式中,Δp单位为N/m2,x单位为mm。阀口通流面积(或阀口开度)与压力增量的关系如图5和表1,可看出,变化曲线大致分为三段: 1)通流面积约大于12cm2时,开口的大小对压力的影响较小,压力总增量不超过1MPa; 2)通流面积约在5~12cm2之间时,压力随开口的减小明显增大,总量大约3MPa; 3)通流面积约小于5cm2时,压力的增大随开口的减小近似成线性关系,微小开口的变化会引起较大压力的波动。因此,信号发生
时阀口的最大通流面积或开度可限定在12cm2左右。
4 几点认识
1)信号的类型取决于阀口开关的规律。由式(4)可知,在液体的性质、流量、阀的结构一定的情况下,压力增量的变化仅取决于阀口流通面积的变化,因此,无论是往复运动的圆柱滑阀或锥阀还是旋转运动的转阀,只要控制其流通面积按照相同规律变化,就可以产生相同规律的压力变化,所不同的只是不同结构类型的信号发生器,实现的技术难点不同。
2)控制方式是信号产生和变化的关键。压力信号的类型和规律取决于阀的运动规律,而阀的运动是通过控制系统实现的。因此,控制系统的能力和特性,是决定压力波动信号产生和变化的关键,研究、设计优良的控制方法和系统是提高液压信号发生器工作性能的主要途径。
3)压差与阀开度关系可近似线性化处理。应用泰勒级数,可在一定范围内将式(5)展开成幂级数,取一次项可得到近似线性关系式,误差的大小除了与阀口开度有关外,还取决于阀芯的工作位置。由图5可直观地看到,当在通流面积小于5cm2和界于5cm2与10cm2之间进行线性化时其误差会比较小。线性化处理是将比例或伺服控制的方法应用于液压信号发生器的理论基础。
4)采用比例或伺服控制可大大提高传递的信息量。采用比例控制在一定频率范围内,可以根据需要采用调幅、调频、调相等多种控制方式,以产生各种各样的压力波动信号,因而可以为信息的传递提供比较宽广的空间,为编码的实现提供比较灵活的手段。
DDS信号发生器原理
2 基本原理 2.1 直接数字频率合成器 直接数字合成（Direct Digital Synthesis，简称DDS）技术是从相位概念出发，直接对参考正弦信号进行抽样，得到不同的相位，通过数字计算技术产生对应的电压幅度，最后滤波平滑输出所需频率。 2.1.1 DDS工作原理 下面，通过从相位出发的正弦函数产生描述DDS的概念。 图1表示了半径R为1的单位圆，半径R绕圆心旋转与X轴的正方向形成夹角θ(t)，即相位角。 图1 单位圆表示正弦函数S= R sinθ(t) DDS的原理框图如图2所示。图中相位累加器可在每一个时钟周期来临时将频率控制字（FTW）所决定的相位增量M累加一次，如果记数大于2N，则自动溢出，而只保留后面的N位数字于累加器中[9]。 图2 DDS原理框图
DDS的数学模型可归结为：在每一个时钟周期T c 内，频率控制字M与N比特相位累加器累加一次，并同时对2N取模运算，得到的和（以N位二进制数表示）作为相位值，以二进制代码的形式去查询正弦函数表ROM，将相位信息转变成相应的数字量化正弦幅度值，ROM输出的数字正弦波序列再经数模转换器转变为阶梯模拟信号，最后通过低通滤波器平滑后得到一个纯净的正弦模拟信号。 由于ROM表的规模有限，相位累加器一般仅取高位作为寻址地址送入正弦查询表获得波形幅度值。正弦查询表中以二进制数形式存入用系统时钟对正弦信号进行采样所得的样值点，可见只需改变查询表内容就可实现不同的波形输出。 2.1.2 DDS的结构 DDS的基本结构包括相位累加器、正弦查询表（ROM）、数模转换器（DAC）和低通滤波器（LPF），其中从频率控制字到波形查询表实现由数字频率值输入生成相应频率的数字波形，其工作过程为： ⑴确定频率控制字M； ⑵在时钟脉冲f c 的控制下，该频率控制字累加至相位累加器生成实时数字相位值； ⑶将相位值寻址ROM转换成正弦表中相应的数字幅码。 模块DAC实现将数字幅度值高速且线性地转变为模拟幅度值，DDS产生的混叠干扰由DAC之后的低通滤波器滤除]7[。 ㈠相位累加器 相位累加器是DDS最基本的组成部分，用于实现相位的累加并存储其累加结果。 若当前相位累加器的值为Σ n ，经过一个时钟周期后变为Σ 1+ n ，则满足 Σ 1+ n =Σ n +M Σ n 为一等差数列，不难得出：Σ n =nM+Σ 其中Σ 为相位累加器的初始相位值。 ㈡正弦查询表（ROM） DDS查询表所存储的数据是每一个相位所对应的二进制数字正弦幅值，在每一个时钟周期内，相位累加器输出序列的高m位对其进行寻址，最后的输出为该相位相对应的二进制正弦幅值序列。 ㈢数模转换器（DAC） 数模转换器的作用是将数字形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟形式
几种简单的函数信号发生器电路图分析
几种简单的函数信号发生器电路图分析 时间：2012-01-10 15:30 作者：赛微编辑来源：赛微电子网 引言 随着模拟电路技术和电力电子技术发展，电路设计中对信号的精度、稳定性、抗干扰能力等要求进一步提高，电子行业中将一些功能进行集成到IC芯片供其他的厂家来使用。在电路设计中，我们除了正常的电源输入之外，还需要提供三角波、方波、正弦波、脉冲波、单次脉冲等特殊的波形来给某个电路提供输入。 这种可以提供三角波、方波、正弦波、脉冲波、单次脉冲等特殊的波形的电路或者仪器（函数信号发生器的种类），我们可以称之为函数信号发生器，它对电子工程师设计的整个系统来说，发挥着重要的作用，它具有各种内置信号、自定义的任意波形和脉冲能力，能帮助您验证设计，检验新的构想，从而让整个设计更具有可靠性。 本文结合几种简单的函数信号发生器电路图，并对其工作原理（函数信号发生器原理）、可以实现的功能和性能、电路特点等方面做了详细的分析，供电子发烧友参考。 程控函数信号发生器电路图 它主要由主控制器LPC2114、MAX038、D/A转换器以及八选一模拟开关CD4051LED显示、键盘、波段切换，波形处理和峰值检波等部分组成，研究了LPC2114通过D/A转换器实现对MAX038频就绪和占空比的调控方法，并给出
了在0.1Hz～20MHz内产生精确的正弦波、方波和三角波的方法。此外，它还具有可调范围大、精度高、信号稳定等特点，可以应用于各种电子测量和控制场合。 LPC2114主要通过D/A转换器TLC5618、DAC0832和八选一模拟开关CD4051对MAX038输出的波形、频率以及占空比进行控制。通过对A1和A0端的不同设置来选择不同的波形。当A1为高电平、A0为任意时，输出波形为正弦波;当A1、A0同时为低电平时，输出波形为方波;当A1为低电平、A0为高电平时，输出波形为三角波。 MAX038输出波形的幅值为2 V(P-P)，最大输出电流为+20 mA，输出阻抗的典型值为0.1 Ω。可直接驱动100 Ω的负载。为了得到更大的输出幅度和驱动能力，就需要对波形信号作进一步处理，下图为一个波形输出与驱动电路。
多功能信号发生器设计报告.doc
重庆大学城市科技学院电气学院EDA课程设计报告 题目：多功能信号发生器 专业：电子信息工程 班级：2006级03班 小组：第12组 学号及姓名：20060075蒋春 20060071冯志磊 20060070冯浩真 指导教师：戴琦琦 设计日期：2009-6-19
多功能信号发生器设计报告 一、设计题目 运用所掌握的VHDL语言，设计一个信号发生器,要求能输出正弦波、方波、三角波、锯齿波，并且能改变其输出频率以及波形幅度，能在示波器上有相应波形显示。 二、课题分析 （1）．要能够实现四种波形的输出，就要有四个ROM（64*8bit）存放正弦波、方波、三角波、锯齿波的一个周期的波形数据，并且要有一个地址发生器来给ROM提供地址，ROM给出对应的幅度值。 （2）．因为要设计的是个时序电路，所以要实现输出波形能够改变频率，就必须对输入的信号进行分频，以实现整体的频率的改变。 （3）．设计要求实现调幅，必须对ROM输出的幅度信息进行处理。最简单易行的方法是对输出的8位的幅度进行左移（每移移位相当于对幅度值行除以二取整的计算），从而达到幅度可以调节的目的。同时为了方便观察，应再引出个未经调幅的信号作为对比。 三、设计的具体实现 1、系统概述 系统应该由五个部分组成：分频器（DVF）、地址发生器（CNT6B）、四个ROM 模块（data_rom_sin、data_rom_sqr、data_rom_tri、data_rom_c）、四输入多路选择器mux、幅度调节单元w。 2、单元电路设计与分析 外部时钟信号经过分频器分频后提供给地址发生器和ROM，四个ROM的输出接在多路选择器上，用于选择哪路信号作为输出信号，被选择的信号经过幅度调节单元的幅度调节后连接到外部的D/A转换器输出模拟信号。 （1）分频器（DVF） 分频器（DVF）的RTL截图
信号发生器的基本参数和使用方法
信号发生器 本人介绍一下信号发生器的使用和操作步骤. 1、信号发生器参数性能 频率范围：0.2Hz ~2MHz 粗调、微调旋钮 正弦波, 三角波, 方波, TTL 脉波 0.5" 大型LED 显示器 可调DC offset 电位 输出过载保护 信号发生器/信号源的技术指标: 波形正弦波, 三角波, 方波, Ramp 与脉波输出 振幅>20Vp-p (open circuit)；>10Vp-p (加50Ω负载) 阻抗50Ω+10% 衰减器-20dB+1.0dB (at 1kHz) DC 飘移<-10V ~ >+10V, (<-5V ~ >+5V 加50Ω负载) 周期控制 1 : 1 to 10 : 1 continuously rating 显示幕4位LED显示幕 频率范围0.2Hz to2MHz(共7 档) 频率控制Separate coarse and fine tuning
失真< 1% 0.2Hz ~ 20kHz , < 2% 20kHz ~ 200kHz 频率响应< 0.2dB 0.2Hz ~100kHz；< 1dB100kHz~2MHz 线性98% 0.2Hz ~100kHz；95%100kHz~2MHz 对称性<2% 0.2Hz ~100kHz 上升/下降时间<120nS 位准4Vp-p±1Vp-p ~ 14.5Vp-p±0.5Vp-p 可调 上升/下降时间<120nS 位准>3Vpp 上升/下降时间<30nS 输入电压约0V~10V ±1V input for 10 : 1 frequency ratio 输入阻抗10kΩ(±10%) 交流100V/120V/220V/230V ±10%, 50/60Hz 电源线×1, 操作手册×1, 测试线GTL-101 ×1
信号发生器电路的焊接与调试-电路图
一、信号发生器电路安装与调试考核评分表 准考证号姓名规定时间分钟 开始时间结束时间实用时间得分 考核内容及要求配分评分标准扣分 1 元器件清点检查：在10分钟内对所有元 器件进行检测，并将不合格元器件筛选出来进 行更换，缺少的要求补发。 10 超时更换或要求补发按损坏 元件扣分，扣3分/个。 2 安装电路：按装配图进行装接，要求不装 错，不损坏元器件，无虚焊，漏焊和搭锡，元 器件排列整齐并符合工艺要求。 30 漏装，错装或虚焊、漏焊、 搭锡，扣2分/个，安装不整 齐和不符合工艺要求的扣1 分/处，损坏元件扣3分/个。 3 电源电路：接通交流电源，测量交流电压 和各直流电压+12V、-12V、V CC 、-5V。 信号发生器电路：接通+12V、-12V、V CC 、 -5V电源。测量函数信号波形：方波、正弦波、 三角波形。 20 电压测试方法不正确扣10 分，测量值有误差扣5分。 4 选择C=10uf，调节RW13、RW14、RW15， 记录方波的占空比： 1、 2、 3、 10 不会用示波观察输出信号波 形扣10分， 调节不正确扣5分， 波形记录不正确扣5分。 5 改变电容：100nf——100uf，并调节RW11， 记录正弦波输出频率f： 1、 2、 3、 10 最大不失真电压测试方法不 正确扣5分，测量值不准确 扣5分，不会计算最大不失 真功率扣5分。 6 调节RW21、RW22， 记录正弦波输出Vpp： 1、 2、 3、 10 不会测试功放电路的灵敏度 扣5分，不会计算电压放大 倍数扣5分。 7 调节电位器RW16、RW17， 记录正弦波形的失真： 1、 2、 3、 10 测量方法不正确扣5分， 测量数据每处2分，不会绘 制频响曲线扣5分 开始时间：结束时间：实用时间：
信号发生器的基本原理
信号发生器的基本原理- 信号发生器使用攻略 信号发生器的基本原理 现代信号发生器的结构非常复杂，与早期的简易信号发生器天差地别，但总体基本结构功能单元还是类似的。信号发生器的主要部件有频率产生单元、调制单元、缓冲放大单元、衰减输出单元、显示单元、控制单元。早期的信号发生器都采用模拟电路，现代信号发生器越来越多地使用数字电路或单片机控制，内部电路结构上有了很大的变化。 频率产生单元是信号发生器的基础和核心。早期的高频信号发生器采用模拟电路LC振荡器，低频信号发生器则较多采用文氏电桥振荡器和RC移相振荡器。由于早期没有频率合成技术，所以上述LC、RC振荡器优点是结构简单，可以产生连续变化的频率，缺点是频率 稳定度不够高。早期产品为了提高信号发生器频率稳定度，在可变电容的精密调节方面下了很多功夫，不少产品都设计了精密的传动机构和指示机构，所以很多早期的高级信号发生器体积大、重量重。后来，人们发现采用石英晶体构成振荡电路，产生的频率稳定，但是石英晶体的频率是固定的，在没有频率合成的技术条件下，只能做成固定频率信号发生器。之后 也出现过压控振荡器，虽然频率稳定度比LC振荡器好些，但依然不够理想，不过压控振荡 器摆脱了LC振荡器的机械结构，可以大大缩减仪器的体积，同时电路不太复杂，成本也不高。现在一些低端的函数信号发生器依然采用这种方式。 随着PLL锁相环频率合成器电路的兴起，高档信号发生器纷纷采用频率合成技术，其 优点是频率输出稳定（频率合成器的参考基准频率由石英晶体产生），频率可以步进调节，频率显示机构可以用数字化显示或者直接设置。早期的高精度信号发生器为了得到较小的频率步进，将锁相环做得非常复杂，成本很高，体积和重量都很大。目前的中高端信号发生器 采用了更先进的DDS频率直接合成技术，具有频率输出稳定度高、频率合成范围宽、信号频谱纯净度高等优点。由于DDS芯片高度集成化，所以信号发生器的体积很小。 信号发生器的工作频率范围、频率稳定度、频率设置精度、相位噪声、信号频谱纯度都与频率产生单元有关，也是信号发生器性能的重要指标。 信号发生器的一大特性就是可以操控仪器输出信号的幅度，信号通过特定组合衰减量的衰减器达到预定的输出幅度。早期的衰减器是机械式的，通过刻度来读取衰减量或输出幅度。现代中高档信号发生器的衰减器单元由单片机控制继电器来切换，向电子芯片化过渡，衰减单元的衰减步进量不断缩小，精度相应提高。大频率范围的高精度衰减器和高精度信号输出属于高科技技术，这也是国内很少有企业能制造高端信号发生器的原因之一。信号发生器的信号输出范围和输出电平的精度和准确度也是标志信号发生器性能的重要指标。
DDS信号发生器电路设计
1. 信号产生部分 1.1 频率控制字输入模块 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; use ieee.std_logic_arith.all; entity ddsinput is port(a,b,c,clk,clr:in std_logic; q1,q2,q3,q4,q5:buffer unsigned(3 downto 0)); end ddsinput; architecture a of ddsinput is signal q:std_logic_vector(2 downto 0); begin q<=c&b&a; process(cp,q,clr) begin if clr='1'then q1<="0000";q2<="0000";q3<="0000";q4<="0000";q5<="0000"; elsif clk 'event and clk='1'then
DDS信号信号发生器电路设计 case q is when"001"=>q1<=q1+1; when"010"=>q2<=q2+1; when"011"=>q3<=q3+1; when"100"=>q4<=q4+1; when"101"=>q5<=q5+1; when others=>NULL; end case; end if; end process; end a; 1.2 相位累加器模块 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; use ieee.std_logic_arith.all; entity xiangwei is port(m:in std_logic_vector(19 downto 0); clk,clr:in std_logic; data:out std_logic_vector(23 downto 0)); end xiangwei; architecture a of xiangwei is signal q:std_logic_vector(23 downto 0); begin process(clr,clk,m,q) begin if clr='1'then q<="000000000000000000000000"; elsif (clk'event and clk='1')then q<=q+m; end if; data<=q; end process; end a;
信号发生器调研报告
毕业设计（论文）调研报告 学生姓名汤代月专业班级通信工程2012级1班 所在院系_________________ 电气工程系______________________ 指导教师___________ 职称_______________________ 讲师__________ 所在单位__________________ 电子电路教研室_____________________ 完成日期2015 年3月13日
调研报告 信号发生器是现代电子技术发展的重要成果，又称信号源或振荡器，各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途，也是应用最广泛的电子仪器之一。信号发生器是能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。 信号发生器在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性。有输出指示信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。 一?课题的来源及意义 近年来由于电子器件的发展以及数字化微处理器技术的发展，信号发生器有了迅 速的发展，出现了合成信号发生器、程控信号发生器等新种类。各类信号发生器的性能指标也都有了大幅度提高，据调查得知，在低价格、高时钟频率、高性能的新一代DDS'可世后，以后信号发生器的发展不可估量！信号发生器应用己经遍及国民经济的各个领域，深入了人们的日常生活。增加课题应用技术的论述，所以我选择利用FPG/实现信号发生器的设计 我作为新时代大学生中的一员，在学习了通信工程专业知识后，又加入了WNC 企业中实习。实物接触应用机会多了，对信号发生器了解日渐加深，我想把理论知识
什么是函数信号发生器,函数信号发生器的作用,函数信号发生器的工作原理
什么是函数信号发生器，函数信号发生器的作用，函数信号发生器的工作原 理 什么是函数信号发生器？函数信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。 函数信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。 函数信号发生器的工作原理：函数信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。它能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波、正弦波，所以在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。 函数信号发生器系统主要由主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器和指示电压表构成。当输入端输入小信号正弦波时，该信号分两路传输，一路完成整流倍压功能，提供工作电源;另一路进入一个反相器的输入端，完成信号放大功能。该放大信号经后级的门电路处理，变换成方波后经输出，输出端为可调电阻。 函数信号发生器产生的各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示，函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频发射，这里的射频波就是载波，把音频、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。
pwm波信号发生器
电子技术综合训练 设计报告 题目：PWM信号发生器的设计 姓名： 学号： 班级： 同组成员： 指导教师： 日期： 摘要 本次课程设是基于TTL系列芯片的简易PWM信号发生器,PWM信号发生器应用所学的数字电路和模拟电路的知识进行设计。在设计过程中，所有电路仿真均基于Multisim10仿真软件。本课程设计介绍了PWM信号发生器的设计方案及其基本原理，并着重介绍了PWM信号发生器各单元电路的设计思路，原理及仿真，整体电路的的工作原理，控制器件的工作情况。设计共有三大组成部分：一是原理电路的设计，本部分详细讲解了电路的理论实现，是关键部分；二是性能测试，这部分用于
测试设计是否符合任务要求。三是是对本次课程设计的总结。 关键字： 目录 1 设计任务和要求…………………………………………………………? 1.1设计任务……………………………………………………………? 1.2设计要求…………………………………………………………….? 2 系统设计…………………………………………………………………? 2.1系统要求…………………………………………………………….? 2.2方案设计……………………………………………………………? 2.3系统工作原理……………………………………………………….? 3 单元电路设计……………………………………………………………? 3.1 单元电路A(单元电路的名称) ……………………………………? 3.1.1电路结构及工作原理……………………………………………? 3.1.2电路仿真…………………………………………………………?
3.1.3元器件的选择及参数确定……………………………………………? 3.2单元电路B(单元电路的名称) ……………………………………? 3.2.1电路结构及工作原理…………………………………………? 3.2.2电路仿真…………………………………………………………? 3.2.3元器件的选择及参数确定…………………………………………….? …… 4 系统仿真……………………………………………………………………?. 5 电路安装、调试与测试……………………………………………………? 5.1电路安装………………………………………………………………? 5.2电路调试………………………………………………………………? 5.3系统功能及性能测试…………………………………………………? 5.3.1测试方法设计………………………………………………………? 5.3.2测试结果及分析……………………………………………………? 6 结论…………………………………………………………………………?
信号发生器分析报告
信号发生器报告
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基于虚拟仪器的信号发生器的设计 【摘要】虚拟仪器是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破了传统仪器的框架，形成的一种新的仪器模式。 本次设计主要是阐述虚拟信号发生器的前面板和程序框图的设计。设计完的信号发生器的功能包括能够产生正弦波、矩形波、三角波、锯齿波四种信号波形；波形的频率、幅值、相位、偏移量及占空比等参数由前面板控件实时可调。 【关键词】虚拟仪器，信号发生器，LABVIEW 引言 信号发生器作为科学实验必不可少的装置，被广泛地应用到教学、科研等各个领域。高等学校特别是理工科的教学、科研需要大量的仪器设备，例如信号源、示波器等，常用仪器都必须配置多套，但是有些仪器设备价格昂贵，如果按照传统模式新建或者改造实验室投资巨大，造成许多学校仪器设备缺乏或过时陈旧，严重影响教学科研。如果运用虚拟仪器技术构建系统，代替常规仪器、仪表，不但可以满足实验教学的需要、节约大量的经费、降低实验室建设的成本，而且能够提高教学科研的质量与效率。 1．信号发生器的发展 信号发生器是一种悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单，因此发展速度比较慢。直到1964年才出现第一台全晶体管的信号发生器。 自60年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形，由于模拟电路的漂移较大，使其输出的波形的幅度稳定性差，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形则电路结构非常复杂。自从70年代微处理器出现以后，利用微处理器、模数转换器和数
信号发生器课程设计报告
目录 一、课题名称 (2) 二、内容摘要 (2) 三、设计目的 (2) 四、设计内容及要求 (2) 五、系统方案设计 (3) 六、电路设计及原理分析 (4) 七、电路仿真结果 (7) 八、硬件设计及焊接测试 (8) 九、故障的原因分析及解决方案 (11) 十、课程设计总结及心得体会 (12)
一、课题名称：函数信号发生器的设计 二、内容摘要： 函数信号发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而此次课程设计旨在运用模拟电子技术知识来制作一个能同时输出正弦波、方波、三角波的信号发生器。 三、设计目的： 1、进一步掌握模拟电子技术知识的理论知识，培养工程设计能力和综合分析能力、解决问题的能力。 2、基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。 3、学会运用Multisim仿真软件对所做出来的理论设计进行仿真测试，并能进一步解决出现的基本问题，不断完善设计。 4、掌握常用元器件的识别和测试，熟悉万用表等常用仪表，了解电路调试的基本方法，提高实际电路的分析操作能力。 5、在仿真结果的基础上，实现实际电路。 四、设计内容及要求： 1、要求完成原理设计并通过Multisim软件仿真部分 （1）RC桥式正弦波产生电路，频率分别为300Hz、1KHz、10KHz、500KHz，输出幅值300mV~5V可调、负载1KΩ。 （2）占空比可调的矩形波电路，频率3KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。 （3）占空比可调的三角波电路，频率1KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。 （4）多用信号源产生电路，分别产生正弦波、方波、三角波，频率范围
函数信号发生器设计报告
函数信号发生器设计报告 目录 一、设计要求 .......................................................................................... - 2 - 二、设计的作用、目的 .......................................................................... - 2 - 三、性能指标 .......................................................................................... - 2 - 四、设计方案的选择及论证 .................................................................. - 3 - 五、函数发生器的具体方案 .................................................................. - 4 - 1. 总的原理框图及总方案 ................................................................. - 4 - 2.各组成部分的工作原理 ................................................................... - 5 - 2.1 方波发生电路 .......................................................................... - 5 - 2.２三角波发生电路 .................................................................... - 6 - 2.３正弦波发生电路 .................................................................. - 7 - 2.４方波---三角波转换电路的工作原理 ................................ - 10 - 2.５三角波—正弦波转换电路工作原理 .................................. - 13 - 3. 总电路图 ....................................................................................... - 15 - 六、实验结果分析 ................................................................................ - 16 - 七、实验总结 ........................................................................................ - 17 - 八、参考资料 ........................................................................................ - 18 - 九、附录：元器件列表 ........................................................................ - 19 -
(Proteus数电仿真)序列信号发生器电路设计
实验8 序列信号发生器电路设计 一、实验目的： 1．熟悉序列信号发生器的工作原理。 2．学会序列信号发生器的设计方法。 3．熟悉掌握ＥＤＡ软件工具Proteus 的设计仿真测试应用。 二、实验仪器设备： 仿真计算机及软件Proteus 。 74LS161、74LS194、74LS151 三、实验原理： 1、反馈移位型序列信号发生器 反馈移位型序列信号发生器的结构框图如右图 所示，它由移位寄存器和组合反馈网络组成， 从寄存器的某一输出端可以得到周期性的序列 码。设计按一下步骤进行： （1）确定位移寄存器位数n ，并确定移位 寄存器的M 个独立状态。 CP 将给定的序列码按照移位规律每 n 位一组，划分为M 个状态。 若M 个状态中出现重复现象，则应增加移位寄存器的位数。用n+1位再重复上述过程，直到划分为M 个独立状态为止。 （2）根据M 各不同状态列出寄存器的态序表和反馈函数表，求出反馈函数F 的表达式。 （3）检查自启动性能。 （4）画逻辑图。 2、计数型序列信号发生器 计数型序列信号发生器和组合的结构框图 如图 所示。它由计数器和组合输出网络两部分 组成，序列码从组合输出网络输出。设计 过程分为以下两步： （1）根据序列码的长度M 设计模M （2）按计数器的状态转移关系和序列码的要求组合输出网络。由于计数器的状态设置和输出序列没有直接关系，因此这种结构对于输出序列的更改比较方便，而且还能产生多组序列码。 四、计算机仿真实验内容及步骤、结果： 1、设计一个产生100111序列的反馈移位型序列信号发生器。 1、根据电路图在protuse 中搭建电路图
信号发生器设计---实验报告
信号发生器设计 一、设计任务 设计一信号发生器，能产生方波、三角波和正弦波并进行仿真。 二、设计要求 基本性能指标：(1)频率范围100Hz~1kHz；(2)输出电压：方波U p-p≤24V，三角波U =6V，正弦波U p-p>1V。 p-p 扩展性能指标：频率范围分段设置10Hz~100Hz, 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性方波t r<30u s（1kHz，最大输出时）用仪器测量上升时间，三角波r△<2%，正弦波r <5%。（计算参数） ～ 三、设计方案 信号发生器设计方案有多种，图1是先产生方波、三角波，再将三角波转换为正弦波的组成框图。 图1 信号发生器组成框图 主要原理是：由迟滞比较器和积分器构成方波——三角波产生电路，三角波在经过差分放大器变换为正弦波。方波——三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2和图4所示。 图2所示，是由滞回比较器和积分器首尾相接形成的正反馈闭环系统，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。其工作原理如图3所示。
图2 方波和三角波产生电路 图3 比较器传输特性和波形 利用差分放大器的特点和传输特性，可以将频率较低的三角波变换为正弦波。（差模传输特性）其基本工作原理如图5所示。为了使输出波形更接近正弦波，设计时需注 应接近晶体意：差分放大器的传输特性曲线越对称、线性区越窄越好；三角波的幅值V m 管的截止电压值。 图4 三角波→正弦波变换电路
图5 三角波→正弦波变换关系 在图4中，RP 1调节三角波的幅度，RP 2调整电路的对称性，并联电阻R E2用来减小差分放大器的线性区。C 1、C 2、C 3为隔直电容，C 4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。取Ic2上面的电流（看输出） 波形发生器的性能指标： ①输出波形种类：基本波形为正弦波、方波和三角波。 ②频率范围：输出信号的频率范围一般分为若干波段，根据需要，可设置n 个波段范围。(n>3) ③输出电压：一般指输出波形的峰-峰值U p-p 。 ④波形特性：表征正弦波和三角波特性的参数是非线性失真系数r ～和r △；表征方波特性的参数是上升时间t r 。 四、电路仿真与分析 实验仿真电路图如图
简易信号发生器的设计实现
EDA课程设计简易信号发生器的设计实现 小组成员：XXXXXX XXXXX 专业：XXXXX 学院：机电与信息工程学院指导老师：XXXXXX 完成日期：XX年XX月XX日
目录 引言 (3) 一、课程设计内容及要求 (3) 1、设计内容 (3) 2、设计要求 (3) 二、设计方案及原理 (3) 1、设计原理 (3) 2、设计方案 (4) （1）设计思想 (4) （2）设计方案 (4) 3、系统设计 (5) （1）正弦波产生模块 (5) （2）三角波产生模块 (6) （3）锯齿波产生模块 (6) （4）方波产生模块 (6) （5）波形选择模块 (6) （6）频率控制模块 (6) （7）幅度控制模块 (6) （8）顶层设计模块 (7) 三、仿真结果分析 (7) 波形仿真结果 (7) 1、正弦波仿真结果 (7) 2、三角波仿真结果 (8) 3、锯齿波仿真结果 (8) 4、方波仿真结果 (8) 5、波形选择仿真结果 (9) 6、频率控制仿真结果 (9) 四、总结与体会 (10) 五、参考文献 (10) 六、附录 (11)
简易信号发生器 引言 信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广范的应用。它能够产生多种波形，如正弦波、三角波、方波、锯齿波等，在电路实验和设备检验中有着十分广范的应用。 本次课程设计采用FPGA来设计多功能信号发生器。 一、课程设计内容及要求 1、设计内容 设计一个多功能简易信号发生器 2、设计要求 （1）完成电路板上DAC的匹配电阻选择、焊接与调试，确保其能够正常工作。 （2）根据直接数字频率合成（DDFS）原理设计正弦信号发生器，频率步进1Hz，最高输出频率不限，在波形不产生失真（从输出1KHz正弦转换为输出最高频率正弦时，幅度衰减不得大于10%）的情况下越高越好。频率字可以由串口设定，也可以由按键控制，数码管上显示频率傎。 （3）可以控制改变输出波形类型，在正弦波、三角波、锯齿波、方波之间切换。 （4）输出波形幅度可调，最小幅度步进为100mV。 二、设计方案及原理 1、设计原理 （1）简易信号发生器原理图如下
函数信号发生器设计报告
目录 1设计的目的及任务 1.1 课程设计的目的 1.2 课程设计的任务与要求 2函数信号发生器的总方案及原理图 2.1 电路设计原理框图 2.2 电路设计方案设计 3 各部分电路设计及选择 3.1 方波发生电路的工作原理 3.2 方波、三角波发生电路的选择 3.3三角波---正弦波转换电路的选择 3.4总电路图 4 电路仿真与调试 4.1 方波---三角波发生电路、三角波---正弦波转换电路的仿真与调试 4.2方波---三角波发生电路、三角波---正弦波转换电路的实验结果 5 PCB制版 6 设计总结 7仪器仪表明细清单 8 参考文献
1．课程设计的目的和设计的任务 1.1 设计目的 1．掌握用集成运算放大器构成正弦波、方波和三角波函数发生器的设计方法。 2.学会安装、调试与仿真由分立器件、调试与仿真由分立器件与集成电路组成的多级电子电路小系统。 2.2设计任务与要求： 设计一台波形信号发生器，具体要求如下： 1．输出波形：方波、三角波、正弦波。 2．频率范围：在1 Hz－10Hz，10 Hz -100 Hz,100 Hz -1000 Hz等三个波段。 3.频率控制方式：通过改变RC时间常数手控信号频率。 4．输出电压：方波U Ｐ－Ｐ≤24V，三角波U Ｐ－Ｐ ＝8V，正弦波U Ｐ－Ｐ >1V。 5.合理的设计硬件电路，说明工作原理及设计过程，画出相关的电路原理图。 6.选用常用的电器元件（说明电器元件选择过程和依据）。 7.画出设计的原理电路图，作出电路的仿真。 8.提交课程设计报告书一份，A3图纸两张，完成相应答辩。
2．函数发生器总方案及原理框图 图1-1 整体原理框图 2.2 函数发生器的总方案 函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。 本课题中函数发生器电路组成框图如下所示： 由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路的基本结构是比例放大器，对不同区段内比例系数的切换，是通过二级管网络来实现的。如输出信号的正半周内由D1~D3控制切换，负半周由D4~D6控制切换。电阻Rb1~Rb3与Ra1~Ra3分别组成分压器，控制着各二极管的动作电平。
多功能信号发生器课程设计
《电子技术课程设计》 题目：多功能信号发生器 院系：电子信息工程 专业：xxxxxxxx 班级：xxxxxx 学号：xxxxxxxx 姓名：xxx 指导教师：xxx 时间：xxxx-xx-xx
电子电路设计 ——多功能信号发生器目录 一..课程设计的目的 二课程设计任务书(包括技术指标要求) 三时间进度安排(10周~15周) a.方案选择及电路工作原理； b.单元电路设计计算、电路图及软件仿真； c.安装、调试并解决遇到的问题； d.电路性能指标测试； e.写出课程设计报告书； 四、总体方案 五、电路设计 (1)8038原理, LM318原理, (2)性能\特点及引脚 (3)电路设计,要说明原理 (4)振动频率及参数计算 六电路调试 要详细说明(电源连接情况, 怎样通电\ 先调试后调试,频率调试幅度调试波行不稳调试 七收获和体会
一、课程设计的目的 通过对多功能信号发生器的电路设计，掌握信号发生器的设计方法和测试技术，了解了8038的工作原理和应用，其内部组成原理，设计并制作信号发生器能够提高自己的动手能力，积累一定的操作经验。在对电路焊接的途中，对一些问题的解决能够提高自己操作能力随着集成制造技术的不断发展，多功能信号发射器已经被制作成专用的集成电路。这种集成电路适用方便，调试简单，性能稳定，不仅能产生正弦波，还可以同时产生三角波和方波。它只需要外接很少的几个元件就能实现一个多种波、波形输出的信号发生器。不仅如此，它在工作时产生频率的温度漂移小于50×10-6／℃;正弦波输出失真度小于1％,输出频率范围为0.01Hz~300kHz;方波的输出电压幅度为零到外接电源电压。因此，多功能信号发生器制作的集成电路收到了广泛的应用。 二、课程设计任务书(包括技术指标要求) 任务：设计一个能产生正弦波、方波、三角波以及单脉冲信号发生器。 要求： 1．输出频率为f=20Hz~5kHz的连续可调正弦波、方波和三角波。 2．输出幅度为5V的单脉冲信号。 3．输出正弦波幅度V o= 0~5V可调，波形的非线性失真系数γ≤
函数信号发生器设计报告
函数信号发生器设计报告 设计要求 设计制作能产生正弦波、方波、三角波等多种波形信号输出的波形发生器，具体要求： (1)输出波形工作频率范围为2HZ-200KHZ且连续可调； (2)输出频率分五档：低频档：2HA 20HZ中低频档：20HZ- 200HZ 中频 档：200HQ2KHZ中高频档：2KHZ-20KHZ高频档：20KHZ- 200KHZ (3)输出带LED指示。 设计的作用、目的 1. 掌握函数信号发生器工作原理。 2. 熟悉集成运放的使用。 3. 熟悉Multisim软件。 三、设计的具体实现 3.1函数发生器总方案 采用分立元件，设计出能够产生正弦波、方波、三角波信号的各个单元电路，利用Multisim 仿真软件模拟，调试各个参数，完成单元电路的调试后连接起来，在正弦波产生电路中加入开关控制，选择不同档位的元件，达到输出频率可调的目的。 总原理图： 正弦波方波三角波
3.2单元电路设计、仿真 I、RC桥式正弦波振荡电路 正弦波振荡器是在只有直流供电、不加外加输入信号的条件下产生正弦波信号 的电路。 正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。其中：接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有稳幅特性。因此，正弦波产生电路一般包括：放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅电路四个部分。根据选频电路回路的不同，正弦波振荡器可分为RC正弦波振荡器、LC正弦波振荡器和石英晶体振荡器。其中，RC正弦波振荡器主要用于产生中低频正弦波，振荡频率一般小于1MHz满足本次设计要求，故选用RC 正弦波振荡器。