一、实验目的
- 掌握正弦信号发生器的设计方法。
- 掌握方波发生器的设计方法。
二、实验内容及结果
- 实验内容
设计一用于RFID读卡器测试的幅移键控发生器(ASK),其结构如图4-1所示。正弦振荡器输出频率为125kHz,幅度为3V;脉冲源输出频率为10kHz。
图1 ASK测试发生器
实验具体要求如下:
(1)设计电路,使用专业软件绘制电路原理图。
(2)阐述振荡器、脉冲源的设计原理,给出必要的参数计算过程;说明模拟开关电路的控制原理。
(3)对正弦振荡器进行仿真,给出仿真电路图和正弦波输出波形,验证输出频率和幅度的正确性,给出误差说明。
(4)对振荡源进行仿真,给出仿真电路图和正弦波输出波形,验证输出频率的正确性,给出误差说明。
(5)若所设计的方案中,模拟开关可以仿真,则对整机进行仿真,给出ASK输出仿真图,说明波形的正确性。(选做)
- 实验结果
(1)在下方列出所设计电路的原理图(Altium Designer完成,确定电路中所有器件的型号和参数)
10kHz方波(脉冲)发生电路图:
125kHz,3V正弦波发生电路:
图2 整机电路图
(2)阐述振荡器、脉冲源的设计原理,给出必要的参数计算过程;说明模拟开关电路的控制原理。
振荡电路参数计算如下:
正弦电路同理参数计算如下:
之后经过带通滤波器滤波,最终将方波变形为125kHz,3V正弦波
模拟开关电路的控制原理:
模拟开关是一种三稳态电路,它可以根据选通端的电平,决定输人端与输出端的状态。当选通端处在选通状态时,输出端的状态取决于输人端的状态;当选通端处于截止状态时,则不管输人端电平如何,输出端都呈高阻状态。模拟开关在电子设备中主要起接通信号或断开信号的作用。
(3)对正弦振荡器进行仿真,给出仿真电路图和正弦波输出波形,验证输出频率和幅度的正确性,给出误差说明。
125kHz,3V正弦波发生器Multisim仿真:
误差说明:
由仿真结果可以看出幅度为2.981V与3V非常接近,但波形与正弦波相比稍有失真,主要是由于电子元器件的参数选择仍有不合理的地方导致的,参数的选择仍有很大的需要改进的地方。
(4)对振荡源进行仿真,给出仿真电路图和正弦波输出波形,验证输出频率的正确性,给出误差说明。
10kHz方波(脉冲)发生器Multisim仿真:
误差说明:
由仿真结果可以看出方波(脉冲)输出波形形状良好,频率正确,误差较小。
(5)给出ASK输出仿真图,说明波形的正确性。(若选用的模拟开关器件在仿真库中不存在,可不进行ASK仿真)
三、实验思考题
1、模拟信号发生器的设计中,影响频率准确性的因素有哪些?
答:
1, 环境的温度影响电子元器件的精度。
2, PCB板的大小,走线的方式。
3, 集成运放的选择,器件参数的选择。
4, 电器元件间的误差导致。
5, 由于仪器、实验条件、环境等因素的限制,测量不可能无限精确,测量值与客观存在的真实值之间总会存在着一定的差异。
2、为什么在高频振荡器的设计中,通常不使用集成运放作为放大环节。
答:
因为集成运放与三极管一样都有频率参数。由于运放都是由多级放大电路组成,其频率特性在频率高时就受到限制(元件越多分布参数影响越大),所以通用运放的高频特性就受到限制。且容易产生大量的能量消耗和可能造成一些电路的混乱或者错误。