方波正弦波三角波轉(zhuǎn)換器

1、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)： 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程設(shè)計(jì)題目： 設(shè)計(jì)方波三角波正弦波的函數(shù)轉(zhuǎn)換器 學(xué) 院 名 稱(chēng)： 信息工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 電子信息工程 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 評(píng)分： 教師： 20 12 年 02 月 22 日模擬電路 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)20 1120 12 學(xué)年 第 2 學(xué)期第 1 周 1.5周 題目設(shè)計(jì)制作一個(gè)產(chǎn)生方波-三角波-正弦波函數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)容及要求1  輸出波形頻率范圍為0.2KHz20kHz且連續(xù)可調(diào)；2  正弦波幅值為±2V；3    方波幅值為2V；4   三角波峰-峰值為2V，占空比

2、可調(diào)；5 設(shè)計(jì)電路所需的直流電源可用實(shí)驗(yàn)室電源。進(jìn)度安排1. 布置任務(wù)、查閱資料、選擇方案，領(lǐng)儀器設(shè)備： 2天； 2. 領(lǐng)元器件、制作、焊接：3天3調(diào)試+驗(yàn)收： 2.5天4.提交報(bào)告：2011-2012學(xué)年第二學(xué)期37周 學(xué)生姓名：指導(dǎo)地點(diǎn)： E樓508 室20 12 年 2 月 12 日任務(wù)完成20 12 年 2 月 22 日考核方式指導(dǎo)教師系（部）主任摘要 波形發(fā)生器正被各大院校和科研場(chǎng)所廣泛的應(yīng)用。但是，隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，單一的波形發(fā)生器已經(jīng)不能滿足人們的要求，而我們?cè)O(shè)計(jì)的正是多種波形發(fā)生器。本文所設(shè)計(jì)的電路是通過(guò)集成運(yùn)算放大器長(zhǎng)生不同的波形，先通過(guò)同相滯回比較電路產(chǎn)生方波，然

3、后方波通過(guò)積分電路轉(zhuǎn)換成三角波，最后由濾波電路將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波,從而完成波形的轉(zhuǎn)換。關(guān)鍵字：同相滯回比較電路，積分電路，濾波電路目錄第一章 設(shè)計(jì)要求1第二章 系統(tǒng)組成及原理22.1 系統(tǒng)組成22.2 工作原理2第三章 電路方案設(shè)計(jì)3方案一33.1 方波三角波轉(zhuǎn)換電路33.2 三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路3方案二4第四章 元件設(shè)計(jì)64.1 方波三角波轉(zhuǎn)換電路元件 6 4.2 三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路元件 6第五章 實(shí)驗(yàn)分析7 5.1 安裝與調(diào)試 7 5.2 性能測(cè)試及分析 7第六章 結(jié)論與心得10 參考文獻(xiàn)10附錄111 總原理圖 112 芯片管腳圖 11 3 原件清單 11第一章、設(shè)計(jì)要求（1） 輸出

4、波形頻率范圍為0.2KHz-20KHz且連續(xù)可調(diào)； （2） 正弦波幅值為±2V; （3）方波幅值為2V;(4) 三角波峰-峰值為2V，占空比可調(diào)。第二章、系統(tǒng)的組成及工作原理2.1系統(tǒng)組成 本設(shè)計(jì)的方波三角波轉(zhuǎn)換電路由同相滯回比較電路和積分電路兩部分組成。同相滯回比較電路積分電路三角波圖21 方波三角波發(fā)生電路三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路由濾波電路完成。三角波濾波電路正弦波圖22 正弦波發(fā)生電路2.2工作原理方波三角波發(fā)生電路是通過(guò)R1調(diào)節(jié)方波的幅值，R2、R3調(diào)節(jié)方波的頻率，R4調(diào)節(jié)三角波的峰峰值R5調(diào)節(jié)三角波的占空比。三角波輸入濾波電路后通過(guò)濾波作用將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波，輸出正弦波的幅值

5、由R6、R7、R8調(diào)節(jié).第三章、電路方案設(shè)計(jì)方案一： 方案一電路由方波三角波轉(zhuǎn)換電路和三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路組成。3.1、方波三角波轉(zhuǎn)換電路如圖3.1所示。該電路由同相滯回比較電路和積分電路組成。滯回比較器輸出電壓U01在t0時(shí)刻由-Uz躍變?yōu)?Uz(為第一暫態(tài))，此時(shí)積分電路進(jìn)行反向積分，輸出電壓u0呈線性下降，當(dāng)u0下降到滯回比較器的閾值電壓-UT時(shí)即t1時(shí)刻,滯回比較器的輸出的電壓U01從+Uz躍變到-Uz（為第二暫態(tài)）。此后，積分電路進(jìn)行正向積分，u0呈線性上升，當(dāng)u0上升到滯回比較器的閾值電壓+UT時(shí)即t2時(shí)刻,u01從-Uz又躍變回到+Uz，即返回第一暫態(tài)，電路又開(kāi)始反向積分。如此周

6、而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。圖 3.13.2、三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路如圖3.2所示。將三角波展開(kāi)為傅里葉級(jí)數(shù)可知，它含有基波和3次 5次等奇次諧波，因此通過(guò)低通濾波器去除基波，濾除高次諧波，可將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。這種方法適用于固定頻率或頻率變化很小的場(chǎng)合。電路框圖如下左圖所示。輸入電壓和輸出電壓的波形如下右圖所示，U0的頻率等于UI基波的頻率。將三角波按傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi) UI(wt)=8/（*）Um(sin wt-1/9sin 3wt+1/25sin 5wt-) 其中Um是三角波的幅值。圖3.2方案二： 方案二的方波三角波轉(zhuǎn)換電路與方案一相同，三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路采用折線近似法，電路圖如圖3.3所示。圖3

7、.3方案論證：我選的是第一個(gè)方案，上述兩個(gè)方案都能實(shí)現(xiàn)三種波形的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換。但是，可以明顯的看出方案二的電路比方安逸的電路復(fù)雜，需要較多的元件，。方案一電路比較簡(jiǎn)單利于焊接，需要的元器件也比較少，但是也有一點(diǎn)缺陷，在調(diào)節(jié)波形的頻率時(shí)有一定的限度，在使用R2、R3調(diào)節(jié)波形的頻率時(shí)會(huì)影響正弦波的幅值。第四章、元件設(shè)計(jì)4.1、方波三角波轉(zhuǎn)換電路元件 設(shè)計(jì)要求方波的幅值為±2V，則可令穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為2V且R1為100K的電位器。三角波的幅值為±1V，則其中R6=0.5R5,可令電容C=1uf，根據(jù)所求結(jié)果可令R4、R5均為1K的電位器，因?yàn)橐笕遣ǖ恼伎毡瓤烧{(diào)，所以R4和R5之

8、間用兩個(gè)二極管以相反的方向連接。設(shè)計(jì)要求最終輸出的信號(hào)為0.2KHz20KHz?？汕蟮肦2=50K，R3=1K。4.2、三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路元件通過(guò)仿真為使正弦波的幅值可大范圍調(diào)節(jié)可令R6為100K的電位器，而R7=R8=1K，電容C的大小為1uf。第五章、實(shí)驗(yàn)分析5.1、安裝與調(diào)試先在電路板上做好布局，然后進(jìn)行焊接。焊接好電路到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)試，初次調(diào)試無(wú)法出現(xiàn)波形，且過(guò)一段時(shí)間后芯片開(kāi)始發(fā)熱，檢查后發(fā)現(xiàn)是電源連接方法錯(cuò)誤，調(diào)整后出現(xiàn)波形，但幅值和頻率沒(méi)有達(dá)到要求，調(diào)節(jié)變位器R1使輸出方波的峰峰值為4V左右，調(diào)節(jié)變位器R2、R3改變信號(hào)的頻率使其達(dá)到要求，然后通過(guò)改變R4的阻值使三角波的峰峰值

9、為2V左右，最后調(diào)節(jié)R6的阻值使正弦波的峰峰值為4V左右。調(diào)節(jié)R5的阻值可以改變?nèi)遣ǖ恼伎毡取?.2、性能測(cè)試及分析、方波三角波方波測(cè)試結(jié)果要求誤差峰峰值（V）4.19V4V0.0475頻率0.6KHz11KHz0.2KHz20KHz三角波測(cè)試結(jié)果要求誤差峰峰值(V)1.44V2V-0.28頻率0.6KHz11KHz0.2KHz20KHz5.2.2、正弦波測(cè)試結(jié)果要求誤差峰峰值（V）3.824-0.045頻率0.6KHz11KHz0.2KHz20KHz誤差分析：1、參數(shù)設(shè)計(jì)有點(diǎn)問(wèn)題并不完美；2 、測(cè)量?jī)x器本身有問(wèn)題導(dǎo)致所測(cè)數(shù)據(jù)不能滿足要求；3 、焊接電路時(shí)焊點(diǎn)處有電阻被忽略，連接的線路也有電

10、阻；4 、調(diào)試時(shí)間過(guò)長(zhǎng)電路溫度升高，使得一些元件的電阻發(fā)生變化；第六章、結(jié)論與心得1結(jié)論：本實(shí)驗(yàn)還可以用555芯片來(lái)產(chǎn)生方波，其電路結(jié)構(gòu)比現(xiàn)在所用的更簡(jiǎn)單。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)了如何設(shè)計(jì)電路，熟練了電路焊接方法以及掌握調(diào)試方法與測(cè)試參數(shù)，同時(shí)還提高了我們的動(dòng)手能力和測(cè)試技術(shù)能力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中也遇到一些困難，比如一些元件實(shí)驗(yàn)室中沒(méi)有，只能用其他元件代替，有的元件的參數(shù)稍有偏差，導(dǎo)致許多參數(shù)達(dá)不到要求。電位器R3在調(diào)整方波三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)影響輸出波形的幅度。2. 心得：經(jīng)過(guò)一個(gè)半星期的努力終于順利完成這次課程設(shè)計(jì)，雖然最終測(cè)試的結(jié)果不完美，但經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)收獲了不少，加深了對(duì)課本知識(shí)的理解，培養(yǎng)了同學(xué)之間的合作能力，調(diào)試時(shí)應(yīng)仔細(xì)觀察若出現(xiàn)問(wèn)題必須耐心查找原因。參考文獻(xiàn): 1、童詩(shī)白 華成英 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 高等教育出版社2、物理與電子信息學(xué)院 . 基礎(chǔ)電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū).3、謝自美 .電子線路設(shè)計(jì).4畢滿清編 .電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì). 機(jī)械工業(yè)大學(xué)出版社 5. 李萬(wàn)臣主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)與課程設(shè)計(jì).哈爾濱工程大學(xué)出版社6.