正弦波方波鋸齒波函數(shù)發(fā)生器

1、 課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱： 模擬電路課程設(shè)計 課程設(shè)計題目： 正弦波方波鋸齒波函數(shù)發(fā)生器學(xué) 院 名 稱： 信息工程學(xué)院 專業(yè)： 電子信息工程 班級： 學(xué)號： 姓名： 評分： 教師： 20 11 年 04 月 07 日 模擬電路 課程設(shè)計任務(wù)書20 10 20 11 學(xué)年 第 2 學(xué)期第 1 周 2 周 題目設(shè)計制作一個產(chǎn)生正弦波-方波-三角波函數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)容及要求     輸出波形頻率范圍為0.02Hz20kHz且連續(xù)可調(diào)；     正弦波幅值為±2V，；    

2、 方波幅值為2V；     三角波峰-峰值為2V，占空比可調(diào)；      設(shè)計電路所需的直流電源可用實驗室電源。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： 2天4. 驗收：0.5天學(xué)生姓名：朱翔指導(dǎo)時間2011年2月21日2011年3月4日指導(dǎo)地點： E 樓 610 室任務(wù)下達(dá)20 11 年 2 月 21 日任務(wù)完成20 11 年 3 月 4 日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4.其它指導(dǎo)教師彭嵩系（部）主任陳瓊注：1、此表一組一表

3、二份，課程設(shè)計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。2、課程設(shè)計結(jié)束后與“課程設(shè)計小結(jié)”、“學(xué)生成績單”一并交院教務(wù)存檔。摘要本次課程設(shè)計是要求做一個能夠產(chǎn)生正弦波-方波-三角波函數(shù)轉(zhuǎn)換器.眾所周知,制作函數(shù)發(fā)生器的電路有很多種.本次設(shè)計采用的電路是基于運放和晶體二極管的試驗電路.由理論分析知,電壓比較器可以產(chǎn)生方波,積分電路可以產(chǎn)生三角波,三角波可直接通過RC振蕩電路產(chǎn)生.各種波形頻率段的調(diào)整可以由外電路的改變來實現(xiàn),例如,改變電容的值.先收集所有有用的資料，選擇好電路圖。最后使用multisim軟件模擬整個制作的電路,在模擬中,要解決出現(xiàn)的種種問題.關(guān)鍵字：RC振蕩，電壓比較器，積分電

4、路目錄第一章 設(shè)計的目的及任務(wù)511 課程設(shè)計的目的512 課程設(shè)計的任務(wù)與要求513 課程設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)5第二章 總體電路設(shè)方案62.1 正弦波發(fā)生電路的工作原理62.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的工作原理92.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的工作原理11 2.4 總電路圖12第三章 單元電路設(shè)計133.1 正弦波發(fā)生電路的設(shè)計133.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的設(shè)計153.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的設(shè)計16 第四章 電路仿真1841 電路仿真18 第五章 收獲體會20 第六章 參考文獻(xiàn)21附錄一22附錄二23第一章 設(shè)計的目的及任務(wù)11課程設(shè)計的目的： 1掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計方法2掌握模擬IC器件的應(yīng)用

5、3培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識來指導(dǎo)實踐的能力4掌握常用元器件的識別和測試 5熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法 12課程設(shè)計任務(wù)與要求： 1.設(shè)計一個能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波信號發(fā)生器， 2能同時輸出一定頻率一定幅度的3種波形：正弦波、和三角波；3可以用±12V或±15V直流穩(wěn)壓電源供電；13 課程設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)： 1設(shè)計、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器2輸出波形：正弦波、方波、三角波；3頻率范圍 ：在0.02Hz-20kHZ范圍內(nèi)可調(diào) ；4輸出電壓：方波幅值為2V，三角波幅值為2V，正弦波峰峰值為2V，占空比可調(diào)。第二章 總體電路設(shè)方案 2.1正弦波發(fā)生電路的工作原理:產(chǎn)生正弦振蕩的

6、條件:正弦波產(chǎn)生電路的目的就是使電路產(chǎn)生一定頻率和幅度的正弦波，我們一般在放大電路中引入正反饋，并創(chuàng)造條件，使其產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的振蕩。正弦波產(chǎn)生電路的基本結(jié)構(gòu)是：引入正反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)和放大電路。其中：接入正反饋是產(chǎn)生振蕩的首要條件，它又被稱為相位條件；產(chǎn)生振蕩必須滿足幅度條件；要保證輸出波形為單一頻率的正弦波，必須具有選頻特性；同時它還應(yīng)具有穩(wěn)幅特性。因此，正弦波產(chǎn)生電路一般包括：放大電路；反饋網(wǎng)絡(luò)；選頻網(wǎng)絡(luò)；穩(wěn)幅電路個部分。正弦波振蕩電路的組成判斷及分類：（1） 放大電路：保證電路能夠有從起振到動態(tài)平衡的過程，電路獲得一定幅值的輸出值，實現(xiàn)自由控制。（2） 選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率，是電路

7、產(chǎn)生單一頻率的振蕩，即保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。（3） 正反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使放大電路的輸入信號等于其反饋信號。（4） 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是輸出信號幅值穩(wěn)定。 判斷電路是否振蕩。方法是： （1）是否滿足相位條件，即電路是否是正反饋，只有滿足相位條件才可能產(chǎn)生振蕩 （2）放大電路的結(jié)構(gòu)是否合理，有無放大能力，靜態(tài)工作是否合適； （3） 是否滿足幅度條件正弦波振蕩電路檢驗，若： (1) 則不可能振蕩； (2) 振蕩，但輸出波形明顯失真； (3) 產(chǎn)生振蕩。振蕩穩(wěn)定后。此種情況起振容易，振蕩穩(wěn)定，輸出波形的失真小 分類： 按選頻網(wǎng)絡(luò)的元件類型，把正先振蕩電路分為：RC正弦波振蕩電路；

8、LC正弦波振蕩電路；石英晶體正弦波振蕩電路。RC正弦波振蕩電路： 常見的RC正弦波振蕩電路是RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路，它又被稱為文氏橋正弦波振蕩電路。 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在此作為選頻和反饋網(wǎng)絡(luò)。它的電路圖如圖（1）所示： 它的起振條件為： 。它的振蕩頻率為： 它主要用于低頻振蕩。要想產(chǎn)生更高頻率的正弦信號，一般采用LC正弦波振蕩電路。它的振蕩頻率為： 。石英振蕩器的特點是其振蕩頻率特別穩(wěn)定，它常用于振蕩頻率高度穩(wěn)定的的場合。 圖（1） 2.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的工作原理: 在單限比較器中，輸入電壓在閥值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的躍變，不管這種微小變化是來源于輸入信號還是外部干擾。因

9、此，雖然單限比較器很靈敏，但是抗干擾能力差。而滯回比較器具有滯回特性，即具有慣性，因此也就具有一定的抗干擾能力。從反向輸入端輸人的滯回比較器電路如圖1a所示，滯回比較器電路中引人了正反饋。從集成運放輸出端的限幅電路可以看出，UO±UZ。集成運放反相輸人端電位UPUI同相輸入端電位令UN=UP求出的uI就是閥值電壓，因此得出輸出電壓在輸人電壓u，等于閥值電壓時是如何變化的呢？假設(shè)ui<-UT，那么UN一定小于up，因而UO+UZ，所以up=+UYO。只有當(dāng)輸人電壓ui增大到+UT，再增大一個無窮小量時，輸出電壓UO才會從+UT躍變?yōu)?UT。同理，假設(shè)UI>+UT，那么UN一

10、定大于up，因而UO-UZ，所以up-UT。只有當(dāng)輸人電壓UI減小到-UT，再減小一個無窮小量時，輸出電壓UO才會從-UT躍變?yōu)?UT?？梢姡琔O從+UT躍變?yōu)?UT和從-UT躍變?yōu)?UT的閥值電壓是不同的，電壓傳輸特性如圖b)所不。從電壓傳輸特性上可以看出，當(dāng)-UTuI+UT時，UO可能是-UT，也可能是+UT。如果uI是從小于-UT，的值逐漸增大到-UT<uI<+UT，那么UO應(yīng)為+UT；如果uI從大于+UT的值逐漸減小到-UT<uI<+UT，那么應(yīng)為-UT。曲線具有方向性，如圖b)所示。實際上，由于集成運放的開環(huán)差模增益不是無窮大，只有當(dāng)它的差模輸人電壓足夠大時，

11、輸出電壓UO才為±UZ。UO在從+UT變?yōu)?UT或從-UT變?yōu)?UT的過程中，隨著uI的變化，將經(jīng)過線性區(qū)，并需要一定的時間。滯回比較器中引人了正反饋，加快了UO的轉(zhuǎn)換速度。例如，當(dāng)UO+UZ、uP=+UT時，只要uI略大于+UT足以引起UO的下降，即會產(chǎn)生如下的正反饋過程：UO的下降導(dǎo)致uP下降，而UP的下降又使得UO進(jìn)一步下降，反饋的結(jié)果使UO迅速變?yōu)閁T，從而獲得較為理想的電壓傳輸特性。本電路中該電路的作用是將正弦信號轉(zhuǎn)變成方波信號，其傳輸特性曲線如下圖所示： 正弦波傳輸特性2.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的工作原理： 當(dāng)輸入信號為方波時，其輸出信號為三角波，電路波形圖如下：2.4

12、總電路圖第三章 單元電路設(shè)計3.1 正弦波發(fā)生電路的設(shè)計 本電路中采用RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，其電路圖如下所示RC橋式正弦振蕩電路 該電路Rf回路串聯(lián)兩個并聯(lián)的二極管，如上圖所示串聯(lián)了兩個并聯(lián)的1BH62，這樣利用電流增大時二極管動態(tài)電阻減小、電流減小時動態(tài)電阻增大的特點，加入非線性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。此時輸出電壓系數(shù)為 Au=1+(Rf+rd)/R1 RC振蕩的頻率為：f0=1/(2RC) 該電路中R=51K C=10nF f0=1/(2*3.14*51000*10-8)312Hz T=1/f0=1/312=3.2*10-3S=3.2ms用Multisim10.0對電路進(jìn)行仿

13、真得到下圖仿真波形從圖中可得出產(chǎn)生的正弦波最大值Umax=13.000V; T=799.220us×4=3196.88us3.2ms.F0=1/T=312Hz.仿真得出的數(shù)據(jù)與理論計算一樣，電路正確。3.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的設(shè)計 本電路中采用滯回電壓比較器將正弦波轉(zhuǎn)成方波，其電路原理如下圖所示滯回電壓比較器電路原理圖 滯回電壓比較器原理前面有描述，此處不贅述。 本電路中用到的穩(wěn)壓管為1N5759A，其穩(wěn)壓電壓為±1.7V 電路中閾值電壓為： UT1=UREF-UZ UT2=UREF+UZ 本電路中UREF=0，所以 UT1=-UZ UT2=UZ 用Multisim10.

14、0對其進(jìn)行仿真得到如下波形圖波形仿真： 從波形中可以得到方波電壓為±0.35V,與理論一樣，可得出電路是正確的。3.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的設(shè)計 本電路中方波轉(zhuǎn)成三角波采用積分電路，其電路原理如下圖所示積分電路圖 積分電路分工為：U0=-+u0(t1)電路仿真如下圖所示第四章 電路仿真41 電路仿真電路總體仿真圖如下所示總電路圖如下所示 該電路分為三部分，第一部分為RC橋式正弦振蕩電路，其功能是利用RC振蕩產(chǎn)生特定頻率的正弦波；第二部分為電壓比較器電路，其功能為將正弦波轉(zhuǎn)成方波；第三部分為積分電路，其功能為利用積分電路將方波轉(zhuǎn)成三角波； 在正弦波產(chǎn)生電路中f=1/(2RC),改變R

15、C的值可以改變電路的信號頻率，在電壓比較器中，改變參考電壓UREF的值可以改變方波的比例，第五章 收獲體會 在確定了電路、領(lǐng)好元器件之后，首先對電路進(jìn)行了布局。采是的方法是逐一焊接電路。首先選擇一個波形電路來焊接，在焊接完電路后并檢查完一些焊接的小問題后，發(fā)現(xiàn)電路雖然可以工作。但是并沒有得到預(yù)期的效果。波形出不來或是波形到時出來，但是效果卻差強(qiáng)人意，并不能按照規(guī)律進(jìn)行變化。首先對照電路進(jìn)行了檢查，并將所有的焊點進(jìn)行了重焊。在排除了電路和焊接問題后。對原理進(jìn)行了分析，從而驗證了電路的正確性。電路能夠正常工作。從而確定了原理的正確性。問題是：開關(guān)存焊接上，因一些焊接點出問題，從而使電路無法按規(guī)律正

16、常工作。解決問題的方法是：對電路進(jìn)行重新焊接。在確定第一個波形能工作后；再進(jìn)行下一個波形的焊接工作，因為在焊接第一個波形圖時出問題啦！所以在焊接第二個波形時，焊接工作進(jìn)行的很仔細(xì)，因而在后面的工作進(jìn)展的很順利，基本上沒出什么問題，結(jié)果就出來了。第六章 參考文獻(xiàn)童詩白主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）北京：高教出版社， 2001李萬臣主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)與課程設(shè)計.哈爾濱工程大學(xué)出版社，2001.3胡宴如主編. 模擬電子技術(shù). 北京. 高等教育出版社，2000附錄一LM324簡介LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四

17、放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖2。 參數(shù)描述： 運放類型:低功率 放大器數(shù)目:4 帶寬:1.2MHz 針腳數(shù):14 工作溫度范圍:0°C to +70°C 封裝類型:SOIC 3dB帶寬增益乘積:1.2MHz 變化斜率:0.5V/s 器件標(biāo)號:324 器件標(biāo)記:LM324AD 增益帶寬:1.2MHz 工作溫度最低:0°C 工作溫度最高:70°C 放大器類型:低功耗 溫度范圍:商用 電源電壓 最大:32V 電源電壓 最小:3V 芯片標(biāo)號:324 表面安裝器件:表面安裝 輸入偏移電壓 最大:7mV