方波三角波波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)的目的計(jì)算機(jī)電子線路制圖課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)課程之后的綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。目的是通過(guò)解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題鞏固和加深在計(jì)算機(jī)電子線路制圖課程中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，在教師指導(dǎo)下完成查找資料，選擇、論證方案，設(shè)計(jì)電路，運(yùn)行仿真，設(shè)計(jì)印制電路板，分析結(jié)果，撰寫報(bào)告等工作。使學(xué)生初步掌握利用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具設(shè)計(jì)電子電路的一般方法步驟，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際提高和培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)后工作打下一定的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：方波、三角波、積分器、比較器一、設(shè)計(jì)方案論證1、概述 由集成運(yùn)放構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生器

2、的電路形式很多，但通常由滯回比較器和積分電路構(gòu)成。按積分電路的不同，又可以分為兩種類型：一類是由普通的rc積分電路組成，另一類由恒流充放電的積分電路和滯回比較器組成。 常用的方波和三角波發(fā)生電路是由集成運(yùn)放組成的積分器和滯回比較器組成的，由于采用了由集成運(yùn)算放大器組成弄鬼的積分器，電容c始終處在恒流充放電狀態(tài)，使三角波和方波的性能得到很大的改善，不僅能得到線性度較理想的三角波，而且也便于調(diào)節(jié)振蕩頻率和幅度。1.1設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)制造能產(chǎn)生方波、三角波的波形發(fā)生器并制作電路板1.2設(shè)計(jì)要求：1、頻率在200hz- 2khz且連續(xù)可調(diào)2、方波幅值為15v3、三角波幅值為20v4、各種波形幅值均連續(xù)可

3、調(diào)5、組裝和調(diào)試設(shè)計(jì)的電路，使電路產(chǎn)生振蕩輸出。頻率穩(wěn)定度較高。當(dāng)輸出波形穩(wěn)定且不失真時(shí)，測(cè)量輸出頻率的上限和下限。檢驗(yàn)該電路是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，若不滿足，改變電路參數(shù)值，產(chǎn)生方波、三角波的方案有多種，本次實(shí)驗(yàn)主要采用由電壓比較器和積分器同時(shí)產(chǎn)生方波和三角波。其中電壓比較器產(chǎn)生方波，對(duì)其輸出波形進(jìn)行一次積分產(chǎn)生三角波。該電路的優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的：1、線性良好、穩(wěn)定性好；2、頻率易調(diào)，在幾個(gè)數(shù)量級(jí)的頻帶范圍內(nèi)，可以方便地連續(xù)地改變頻率，而且頻率改變時(shí)，幅度恒定不變；3、三角波和方波在半周期內(nèi)是時(shí)間的線性函數(shù)，易于變換其他波形。二 單元電路設(shè)計(jì)1電路結(jié)構(gòu)rc振蕩電路方波發(fā)生三角波產(chǎn)生比較電路積分電路

4、方波-三角波發(fā)生電路組成框 圖一 方波三角波原理框圖2 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1、方波產(chǎn)生電路因?yàn)榉讲妷褐挥袃煞N狀態(tài)，不是高電平、就是低電平。所以電壓比較器是它的重要組成部分。它由反相輸入的滯回比較器和rc電路組成。rc回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)rc充、放電實(shí)現(xiàn)使輸出狀態(tài)自動(dòng)地相互轉(zhuǎn)換。 圖1 方波發(fā)生電路圖 圖 2三角波發(fā)生電路 2、三角波發(fā)生電路三角波電路波形可以通過(guò)積分電路實(shí)現(xiàn)，把方波電壓作為積分運(yùn)算電路的輸入，在積分運(yùn)算電路的輸出就得到了三角波。1）集成運(yùn)放的選擇 由于方波的前后沿時(shí)間和滯回比較器的轉(zhuǎn)換速率有關(guān)，當(dāng)方波頻率很高或方波前、后沿要求較高時(shí)，應(yīng)選擇高速集成運(yùn)算

5、放大器來(lái)組成滯回比較器。（2）穩(wěn)壓管的選擇穩(wěn)壓管的作用是限制和確定方波的幅度。此外，方波幅度和寬度的對(duì)稱性也與穩(wěn)壓管的對(duì)稱性有關(guān)。為了得到穩(wěn)定而且對(duì)稱的方波輸出，通常選用高精度雙向穩(wěn)壓管。r3是穩(wěn)壓管的限流電阻，其值根據(jù)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電流來(lái)確定。（3）分壓電阻r1和r2的阻值的確定r1和r2的作用是提供一個(gè)隨輸出方波電壓而變化的基準(zhǔn)電壓，并由此決定三角波的輸出幅度。所以r1和r2的阻值應(yīng)根據(jù)三角波輸出幅度的要求來(lái)確定。而且當(dāng)要求三角波的幅度可以調(diào)節(jié)時(shí)，可以選擇用電位器來(lái)代替r1、r2。（4）積分元件r和c參數(shù)的確定r和c的值應(yīng)根據(jù)方波和三角波發(fā)生器的振蕩頻率來(lái)確定。當(dāng)分壓的電阻r1和r2的阻值確

6、定后，先選擇電容c的值，然后確定r的值。而且為了減小積分漂移，應(yīng)盡量將電容c的值取大些。但是電容量大的電容漏電也大，所以通常積分電容應(yīng)不超過(guò)1uf3、選定儀器列表結(jié)構(gòu)名稱符號(hào)標(biāo)識(shí)個(gè)數(shù)滯回比較器電阻r1、r2、r33個(gè)集成運(yùn)放a1個(gè)穩(wěn)壓管d1、d22個(gè)積分電路電阻r4、r52個(gè)集成運(yùn)放b1個(gè)電容c1個(gè)表一：儀器列表4、參數(shù)計(jì)算 1 方波周期、頻率計(jì)算：t=2rcln(1+2r1/r2) f=1/t副值：ut=r1/(r1+r2) *uz 三角波副值：ut=uz*r1/r2周期、頻率計(jì)算：t=4*r1*r4*c/r2 f=r2/(4*r1*r4*c)2 針對(duì)本設(shè)計(jì)選擇的參數(shù)是起始時(shí)間為0終止時(shí)間為

7、10ms步長(zhǎng)為20ns最大步長(zhǎng)為200ns三 仿真分析原理圖 圖3 電路原理圖 1、仿真元件列表元件名稱標(biāo)號(hào)說(shuō)明參數(shù)型號(hào)封裝形式所屬元件庫(kù)lm324nuaub集成運(yùn)算放大器dip-14/d19.7ltoperational amplifier.intlibres2r1、r2電阻40kaxial-0.4miscellaneous devices.intlibr32kr4、r530k1n5233bd1、d2穩(wěn)壓管dio7.1-3.9x1.9fsc discrete diode.intlibcapc電容0.01ufrad-0.3miscellaneous devices.intlibvsrcvccv

8、ee電源15v-15v 表二：仿真元件列表四 仿真分析方案1、仿真類型及參數(shù)1）對(duì)于本題目的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是觀測(cè)vo1和vo2的波形，所以選擇的仿真類型是瞬態(tài)分析針對(duì)瞬態(tài)分析主要包括以下特點(diǎn)：它用于求電路的時(shí)域響應(yīng)；在其中可以設(shè)置start time ,end time,step time,max step time等。而且最重要的是它的分析結(jié)果是以波形圖的形式顯示，這一點(diǎn)符合本設(shè)計(jì)要求。由于所有信號(hào)產(chǎn)生的頻率都與方波和三角波產(chǎn)生模塊所設(shè)置的頻率一致，故所有產(chǎn)生的波信的頻率都可以有所保證。此電路設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)要求。從數(shù)據(jù)紀(jì)錄中可以看出存在誤差頻率最小值誤差: 200hz - 192.3hz = 7.7

9、hz； 最大值誤差： 2.193k 2k = 0.193k方波幅值誤差：15v 13.6v = 1.4v三角波幅值誤差：20v 20v = 0v （1） 調(diào)試輸出波形方波v01 三角波vo2 02）數(shù)據(jù)記錄測(cè)量項(xiàng)目頻率方波幅值三角波幅值minmax指標(biāo)值200hz2khz15v20v實(shí)際測(cè)量值192.3hz2.193khz13.6v20v四 仿真分析波形完成實(shí)物圖，然后使用雙蹤示波器測(cè)量驗(yàn)證，觀察輸出波形、幅值、頻率參數(shù)是否符合要求，并記錄數(shù)據(jù)。4.1仿真調(diào)試輸出波形 4.2 兩波形仿真圖形比較五 誤差分析仿真軟件的元器件值不可能絕對(duì)的精確造成仿真結(jié)果會(huì)有一定的非可見(jiàn)誤差，另外參數(shù)的設(shè)置問(wèn)題以及小數(shù)點(diǎn)的取舍都是影響結(jié)果的因素，而且人眼觀察也是有一定的誤差的，因此仿真結(jié)果會(huì)與理論值有一定差別也是可以允許的。六 印制電路板圖九：自動(dòng)布線圖圖十：印制電路板3d顯示圖十一：布線框架圖顯示七 設(shè)計(jì)心得 通過(guò)這次對(duì)波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于波形發(fā)生器的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真，仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)?，在?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無(wú)法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樵骷旧淼奶匦远軌虺晒?。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。在這次實(shí)習(xí)過(guò)程中，讓