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电子系统设计实验4 信号发生电路设计实验

news 来源：原创 2025/5/14 12:14:08

一、实验目的

1. 掌握正弦信号发生器的设计方法。

2. 掌握方波发生器的设计方法。

二、实验内容及结果

1. 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150kHz，幅度为3V；脉冲源输出频率为8kHz。

图4-1 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，PCB板图。

（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）

2. 实验结果

（1）在下方列出所设计电路的原理图（确定电路中所有器件的型号和参数）

如图4-1所示，本实验的原理图通过Cadence软件进行绘制，主要芯片由一片LM555芯片和两片NE5532芯片组成。

图4-1整机电路图

（2）在下方列出所设计电路的PCB板图

图4-2 PCB板图

（3）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。

脉冲源输出8Khz的方波信号，本实验选用555定时器组成的多谐振荡电路产生该方波信号，由图4-1所示，因为输出频率：f=1/((R1+2R2)×ln2×C2)，令R1=9K，R2=4.5K，C2=0.01uF.最终可以实现f=8Khz。

振荡器输出150Khz的正弦波信号，本实验先通过555定时器组成的多谐振荡电路产生150Khz方波信号，因为输出频率：f=1/((R1+2R2)×ln2×C2)，令R1=4.2K，R2=2.1K，C2=0.001uF.最终可以实现f=150Khz。之后经过带通滤波器滤波，将方波变形为150Khz，3V正弦波。

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。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。

（4）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。

图4-3 正弦振荡器仿真电路图

图4-4 正弦波输出仿真图

如图4-4所示，通过模拟示波器测得输出正弦波信号的最大幅度为3.095v，与实验要求的3V电压误差为：(3.095-33)×100%=3.2%；正弦信号的周期为6.553us，对应频率为152.60Khz，与实验要求的150Khz电压误差为：(152.6-150)150×100%=1.7%。

（5）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。

图4-5 振荡源仿真图

图4-6 方波输出波形仿真图

如图4-6所示，方波周期为125.106us，对应的频率为7.99Khz，与8Khz的误差为：(8-7.998)×100%=0.125%，误差产生的原因是电路器件参数仍然存在一些需要优化。

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