基于運(yùn)放的幅移鍵控發(fā)生器(ASK)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一用于RFID讀卡器測(cè)試的幅移鍵控發(fā)生器（ASK），其結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。正弦振蕩器輸出頻率為125kHz，幅度為3V；脈沖源輸出頻率為10kHz。

圖4-1 ASK測(cè)試發(fā)生器

實(shí)驗(yàn)具體要求如下：

（1）設(shè)計(jì)電路，使用專業(yè)軟件繪制電路原理圖。

（2）闡述振蕩器、脈沖源的設(shè)計(jì)原理，給出必要的參數(shù)計(jì)算過程；說明模擬開關(guān)電路的控制原理。

（3）對(duì)正弦振蕩器進(jìn)行仿真，給出仿真電路圖和正弦波輸出波形，驗(yàn)證輸出頻率和幅度的正確性，給出誤差說明。

（4）對(duì)振蕩源進(jìn)行仿真，給出仿真電路圖和正弦波輸出波形，驗(yàn)證輸出頻率的正確性，給出誤差說明。

（5）若所設(shè)計(jì)的方案中，模擬開關(guān)可以仿真，則對(duì)整機(jī)進(jìn)行仿真，給出ASK輸出仿真圖，說明波形的正確性。（選做）

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4-2整機(jī)電路圖

PCB設(shè)計(jì)

闡述振蕩器、脈沖源的設(shè)計(jì)原理，給出必要的參數(shù)計(jì)算過程；說明模擬開關(guān)電路的控制原理。

振蕩器采用RC文氏橋振蕩電路，由f0=125kHz=,取C1=C2為0.01μF，算得R15=R16為127Ω。根據(jù)起振條件AF>1,取R4=45kΩ，R3=15kΩ。因?yàn)榉祬?shù)難以確定，所以在輸出后加一級(jí)同相比例放大電路，根據(jù)振蕩電路輸出幅值，確定同相比例放大倍數(shù)，故確定R11和R12的值。以此達(dá)到輸出3v的目的。

脈沖源由滯回比較器和RC電路構(gòu)成。其f0=10kHz=取C3為0.01μF,算得R1為1000Ω，R2=40kΩ，R6=25kΩ。由兩個(gè)穩(wěn)壓管控制輸出幅度。

模擬開關(guān)采用CD4066，將脈沖信號(hào)輸入控制端，當(dāng)脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，模擬開關(guān)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)振蕩信號(hào)輸出。當(dāng)脈沖信號(hào)為低電平時(shí)，模擬開關(guān)斷開，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)ASK信號(hào)輸出。
對(duì)正弦振蕩器進(jìn)行仿真，給出仿真電路圖和正弦波輸出波形，驗(yàn)證輸出頻率和幅度的正確性，給出誤差說明。

圖4-3 正弦輸出波形仿真圖

頻率誤差：(8.799-8.000)/8.000=9.9%

幅度誤差：（3.045-3.00）/3.00=1.5%

由誤差分析可得，正弦波頻率誤差較大，但仍滿足題目要求，誤差可能來源于

元件參數(shù)選擇的匹配度

元件實(shí)際值與理論值存在的誤差

幅度的誤差較小，誤差來源可能是

元件實(shí)際值與理論值存在的誤差

同相比例放大倍數(shù)不夠精確

對(duì)振蕩源進(jìn)行仿真，給出仿真電路圖和脈沖波輸出波形，驗(yàn)證輸出頻率的正確性，給出誤差說明。

圖4-4 方波輸出波形仿真圖

頻率誤差：（98.139-100.00）/100.00=1.8%

由誤差分析可得，頻率誤差較小，但波形有所失真，不過仍可以觸發(fā)模擬開關(guān)，仍滿足題目要求，誤差可能來源于

（1）元件參數(shù)選擇的匹配度

（2）元件實(shí)際值與理論值存在的誤差

（3）運(yùn)放芯片的選擇

給出ASK輸出仿真圖，說明波形的正確性。

圖中紅色波形即為ASK信號(hào)，藍(lán)色為脈沖信號(hào)，由圖可得當(dāng)脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，正弦信號(hào)正常輸出，滿足題目要求。

實(shí)驗(yàn)思考題

模擬信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)中，影響頻率準(zhǔn)確性的因素有哪些？

答：

元件參數(shù)的匹配度

元件實(shí)際參數(shù)與理論的誤差

元件參數(shù)受溫度的影響

Pcb的布局

信號(hào)之間的串?dāng)_

集成運(yùn)放的選擇

電路阻抗因素的影響

有源器件截止頻率的因素

電容在電路中分布的影響

線圈元件的自感現(xiàn)象
為什么在高頻振蕩器的設(shè)計(jì)中，通常不使用集成運(yùn)放作為放大環(huán)節(jié)。

答：集成運(yùn)放也有頻率參數(shù)，需要考慮頻率以及增益帶寬等參數(shù)，高頻對(duì)非線性元件的影響也較大，集成運(yùn)放內(nèi)部的元件也受到高頻影響。