方波發(fā)生器電路

1、課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書專 業(yè)自動化班 級二班姓 名設(shè) 計(jì) 起 止 日 期2013.6.242012.6.28設(shè)計(jì)題目：方波發(fā)生器電路設(shè)計(jì)任務(wù)（主要技術(shù)參數(shù)）： 設(shè)計(jì)一個(gè)方波發(fā)生電路 主要技術(shù)參數(shù) 1)頻率：1001000Hz連續(xù)可調(diào) 2)幅度：2V指導(dǎo)教師評語： 成績： 簽字：年 月 日課程設(shè)計(jì)說明書 NO.11 課程設(shè)計(jì)目的模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)理論課程之后的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。目的是通過解決比較簡單的實(shí)際問題鞏固和加深在模擬電子技術(shù)課程中所學(xué)的理論知識和實(shí)驗(yàn)技能。訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識，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，安裝調(diào)試，分析結(jié)果，撰寫報(bào)告等工作

2、。使學(xué)生初步掌握模擬電子電路設(shè)計(jì)的一般方法步驟，通過理論聯(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)后的工作打下一定的基礎(chǔ)。 沈 陽 大 學(xué)2 課程設(shè)計(jì)方案論證2.1 整體電路設(shè)計(jì)由集成運(yùn)放構(gòu)成的方波發(fā)生器，包括遲滯比較電路和RC積分電路兩大部分。電路原理圖如圖（1）所示。圖（1） 方波發(fā)生電路原理框圖因?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；因?yàn)楫a(chǎn)生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；因?yàn)檩敵鰻顟B(tài)應(yīng)按一定的時(shí)間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種

3、狀態(tài)維持的時(shí)間，即RC 積分電路。2. 1 整體電路原理 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；因?yàn)楫a(chǎn)生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；因?yàn)檩敵鰻顟B(tài)應(yīng)按一定的時(shí)間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來切丁每種狀態(tài)維持的時(shí)間。矩形波發(fā)生電路，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RC充放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。方波發(fā)生電路圖如圖（2）所示，它由反相輸入的滯回比較器和RC積分電路組成。其中RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出

4、狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換，而輸出端引入的限流電阻和兩個(gè)背靠背的雙向穩(wěn)壓管起到了雙向限幅的課程設(shè)計(jì)說明書 NO.2 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 NO.3作用。 圖（2） 方波發(fā)生電路圖 圖（3） 滯回比較曲線2.3 工作原理設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓uO=+UZ，則同相輸入端電位uc=+UT。uO通過R對電容C正向充電。反相輸入端電位uc隨時(shí)間t增長而逐漸升高，當(dāng)t趨近于無窮時(shí)，uc趨于+UZ；一旦uc=+UT，再稍增大，uO就從+UZ躍變?yōu)?UZ，與此同時(shí)uc從+UT躍變?yōu)?UT。隨后，uO又通過R對電容C放電。反相輸入端電位uc隨時(shí)間t增長而逐漸降低，當(dāng)t趨近于無窮時(shí)，uc趨于-UZ；一旦uc=-UT，再稍

5、減小，uO就從-UZ躍變?yōu)?UZ，與此同時(shí)，uc從-UT躍變?yōu)?UT，電容又開始反向充電。而上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換，便輸出方波。2.4 波形分析及主要參數(shù) 由于電路電筒正向充電和反向充電的時(shí)間常數(shù)均為RC，而且充電的總幅值也相等，因而在一個(gè)周期內(nèi)Uo=+Uz的時(shí)間與Uo=-Uz的時(shí)間相等，Uo為對稱的方波，所以也稱為該電路為方波發(fā)生電路。電容上電壓Uc（即集成運(yùn)放反相輸入端電位Un）和電路輸出電壓Uo波形如圖（4)所示。 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 NO.4根據(jù)電容上電壓波形可知，在1/2周期內(nèi)，電容充電的起始值俄日-Ut，終了值為+Ut，時(shí)間常數(shù)為R3C；時(shí)間t趨于

6、無窮時(shí)，Uc趨于+Uz，利用一階RC電路的三要素法可列出方程上述電路輸出狀態(tài)發(fā)生跳變的臨界條件為：U- = U+ 其中：當(dāng)輸出U0為高電平時(shí)：當(dāng)輸出U0為低電平時(shí)：剛開始振蕩建立時(shí)，由于電路中的電擾動，并通過正反饋，使輸出很快變?yōu)楦唠娖交虻碗娖?。振蕩周期為?圖(4) 輸出電壓Uo波形而方波發(fā)生電路中電容正向充電與反向充電的時(shí)間常數(shù)均為RC，而且充電的總幅值也相等，因而在一個(gè)周期內(nèi)uO=+UZ的時(shí)間與uO=-UZ的時(shí)間相等，即方波T1 = T2。對T1由暫態(tài)過程公式：對充電過程，t = 時(shí)： t = 0時(shí)：即：得：則振蕩頻率：可知，調(diào)整電壓比較器的電路參數(shù)R1、R2和UZ可以改變方波發(fā)生電路的

7、振蕩幅值，調(diào)整電阻R1、R2、R3和電容C的數(shù)值可以改變電路的振蕩頻率。 沈 陽 大 學(xué)表（1） 直流穩(wěn)壓電源元件表元件標(biāo)注元件名稱數(shù)量型號參數(shù)說明R1電阻12kR2電阻12kR3電阻11kR滑動變阻器電阻12k調(diào)節(jié)自激振蕩電壓頻率C1可變電容11uFA理想運(yùn)放1OP07AH放大D1，D2穩(wěn)壓管2ZDP3.0穩(wěn)幅2.5 仿真分析方案選擇 在輸出端利用示波器觀察波形，頻率計(jì)測量頻率。仿真分析電路如圖（5）所示。圖（5） 仿真原理圖課程設(shè)計(jì)說明書 NO.5 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 NO.63 設(shè)計(jì)結(jié)果與分析3.1 仿真波形結(jié)果如下圖（6）所示圖（6）仿真波形 由圖可知方波的幅度>2V，

8、波形無明顯失真滿足課設(shè)的幅值條件。3.2 頻率調(diào)節(jié)仿真如圖（7）所示 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 NO.7圖（7） 頻率調(diào)節(jié)仿真圖由公式：則振蕩頻率:由于頻率的范圍是100Hzf1000Hz當(dāng)f=100Hz時(shí)，代入公式的R3k,KeyA=100%,對比頻率仿真結(jié)果知f=122.792Hz,接近100Hz。當(dāng)f=1000Hz時(shí)，代入公式的 R300,KeyA=5%,對比頻率仿真結(jié)果知f=815.68Hz,接近1000Hz。由仿真結(jié)果知方波形連續(xù)可調(diào)頻率范圍基本符合在100Hz至1000Hz之間滿足課設(shè)的要求。3.誤差分析：理論參數(shù)與Multisim 11仿真分析及應(yīng)用電路測試結(jié)果略有不同，主要

9、是由于電路中二極管的動態(tài)電阻以及穩(wěn)壓二極管的正向?qū)妷阂鸬恼`差，所以使頻率達(dá)不到1000HZ。 沈 陽 大 學(xué)4 設(shè)計(jì)體會 這是上大學(xué)以來的第一個(gè)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練，開始接觸時(shí)自己感覺很陌生，但還好了解之后才知道和課程設(shè)計(jì)差不多，而且我做的題目也不是很難，設(shè)計(jì)的電路圖也是最簡單易行的，所以在仿真過程中也沒遇到太大的困難。通過這次對波形發(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，最后的成品卻不一定與預(yù)期的完全一樣，因?yàn)樵趯?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約，而且由于元器件本身的特性而產(chǎn)生各種各樣的誤差。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)過程中，讓我深入了解運(yùn)算放大器，比較器，RC振蕩回路，積分比較起等電子電路的原理和使用方法以及將其應(yīng)用于實(shí)際電路中。本次課程設(shè)計(jì)，我深刻認(rèn)識到自己理論知識的不足，各部分的原理圖設(shè)計(jì)經(jīng)過和同學(xué)們的討論以及請教老師后才得出。對于sumlitim軟件的應(yīng)用較為生疏，需要以后多多加強(qiáng)練習(xí)?？傊?，要多思考，多比較，多嘗試把所學(xué)的書本知識應(yīng)用于實(shí)際，培養(yǎng)自己的動手能力。所以說，坐而言不如立而行，對于實(shí)際電路應(yīng)該自己動手實(shí)踐操作才有深刻體會和理解。課程設(shè)計(jì)說明書 NO.8 沈 陽 大沈 陽 大 學(xué)5 參考文獻(xiàn)1 劉泉通信電子線路M武漢：武漢理工大學(xué)出版社，20052