方波--三角波產(chǎn)生電路

1、 蘇州科技大學(xué)天平學(xué)院電子與信息工程學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課設(shè)名稱 設(shè)計(jì)方波-三角波產(chǎn)生電路 學(xué)生姓名 圣鑫 學(xué) 號(hào) 1430119232 專業(yè)班級(jí) 通信1422 指導(dǎo)教師 孫云飛 年 月 日 年 月 日一、 設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)方波-三角波產(chǎn)生電路二、 課程設(shè)計(jì)的目的及技術(shù)指標(biāo)與要求 1、設(shè)計(jì)目的（1）掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法；（2）掌握模擬IC器件的應(yīng)用；（3）會(huì)運(yùn)用EDA工具對(duì)所作出的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬仿真測(cè)試，進(jìn)一步完善理論設(shè)計(jì)；（4）通過(guò)查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，熟悉常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選用元器件的原則；（5）掌握模擬電路的安裝測(cè)量與調(diào)試的基本技能,熟悉電子儀器的正確使用方

2、法，能分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的正?；虿徽，F(xiàn)象(或數(shù)據(jù))獨(dú)立解決調(diào)試中所發(fā)生的問(wèn)題；（6）學(xué)會(huì)撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告；（7）培養(yǎng)實(shí)事求是，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和嚴(yán)肅的工作作風(fēng)；（8）培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐的能力。 2、技術(shù)指標(biāo)與要求 （1）輸出波形：方波三角波正弦波； （2）頻率范圍：100 HZ 200 HZ連續(xù)可調(diào)； （3）輸出電壓：正弦波-方波的輸出信號(hào)幅值為6 V，三角波輸出信號(hào)幅值為0 2 V連續(xù)可調(diào)；（4） 正弦波失真度： 5 %。三、 系統(tǒng)知識(shí)介紹 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路。 函數(shù)發(fā)生器有很寬的頻率范圍，使用范圍很廣，它是一種不可

3、缺少的通用信號(hào)源。 函數(shù)發(fā)生器作為一種常用的信號(hào)源,是現(xiàn)代測(cè)試領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的通用儀器之一，在研制、生產(chǎn)、測(cè)試和維修各種電子元件、部件以及整機(jī)設(shè)備時(shí)，都學(xué)要有信號(hào)源，由它產(chǎn)生不同頻率不同波形的電壓、電流信號(hào)并加到被測(cè)器件或設(shè)備上，用其他儀器觀察、測(cè)量被測(cè)儀器的輸出響應(yīng)，以分析確定它們的性能參數(shù)。信號(hào)發(fā)生器是電子測(cè)量領(lǐng)域中最基本、應(yīng)用最廣泛的一類電子儀器。它可以產(chǎn)生多種波形信號(hào),如正弦波,三角波,方波等,因而廣泛用于通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、宇航等領(lǐng)域。 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)有兩種方案有四種： 方案一、由RC橋式電路產(chǎn)生正弦波，再由正弦波經(jīng)比較器電路產(chǎn)生方波，再由方波經(jīng)積分電路產(chǎn)生三角波。 方案二、采用

4、DDS作為信號(hào)發(fā)生核心期間的全數(shù)控函數(shù)信號(hào)發(fā)生器根據(jù)輸出信號(hào)波形類型可設(shè)置、輸出信號(hào)幅度和頻率可控制、輸出頻率的要求，選用AD9850芯片，并通過(guò)單片機(jī)程序和處理AD8950的32為頻率控制字，在經(jīng)放大后加以數(shù)字電位器為核心的數(shù)字衰減網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)幅度、頻率、類型的控制。 圖1 5G8038集成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 方案三、用5G8038集成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器所需信號(hào)。接入外部電路后5G8038的9、3、2引腳就分別產(chǎn)生方波、三角波、正弦波。頻率調(diào)節(jié)部分通過(guò)其他引腳接外電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，然后從5G8038出來(lái)經(jīng)過(guò)選擇開關(guān)選擇所需的波形進(jìn)入LM31D8進(jìn)行放大和幅度調(diào)節(jié)最后從LM31D8出來(lái)的波即為頻率和幅

5、度可調(diào)的方波，三角波和正弦波。5G8038如圖1所示。 方案四、由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分電路得到三角波，三角波到正弦波由差分式放大電路完成。差分放大電路具有工作穩(wěn)定、輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正波。設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。 圖2 由比較器與積分器組成的函數(shù)發(fā)生器四、 設(shè)計(jì)所用軟件Multisim 13.0 軟件介紹Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述

6、語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無(wú)需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過(guò)Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。 五、 電路方案與系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)思路 總體設(shè)計(jì)思路為：先通過(guò)比較器產(chǎn)生方波，方波通過(guò)積分器產(chǎn)生三角波。 1.1 比較器原理比較器是由運(yùn)算放大器發(fā)展而來(lái)的，比較器電路可以看作是運(yùn)

7、算放大器的一種應(yīng)用電路。由于比較器電路應(yīng)用較為廣泛，所以開發(fā)出了專門的比較器集成電路。圖3 比較器 圖3（a）由運(yùn)算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA經(jīng)分壓器R2、R3分壓后接在同相端，VB通過(guò)輸入電阻R1接在反相端，RF為反饋電阻，若不考慮輸入失調(diào)電壓，則其輸出電壓Vout與VA、VB及4個(gè)電阻的關(guān)系式為： 若R1=R2，R3=RF，則,為放大器的增益。當(dāng)R1=R2=0(相當(dāng)于R1、R2短路)，R3=RF=(相當(dāng)于R3、RF開路)時(shí)，Vout=。增益成為無(wú)窮大，其電路圖就形成圖3(b)的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。實(shí)際上，運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)時(shí)，其增益并非無(wú)窮大，而Vo

8、ut輸出是飽和電壓，它小于正負(fù)電源電壓，也不可能是無(wú)窮大。 從圖3（a）和3（b）中可以看出，比較器電路就是一個(gè)運(yùn)算放大器電路處于開環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。同相放大器電路如圖3（c）所示。如果圖3（c）中RF=，R1=0時(shí)，它就變成與圖3（b）一樣的比較器電路了。 1.2 積分電路原理 積分是一種常見的數(shù)學(xué)運(yùn)算，積分電路如圖4所示。利用理想運(yùn)放的特性有,，因此有，電容C以電流進(jìn)行充電。假設(shè)電容C初始電壓，則 圖4 積分電路 圖4 積分電路 上式表明，輸出電壓為輸出電壓對(duì)時(shí)間的積分，負(fù)號(hào)表示它們?cè)谙辔簧鲜窍喾吹?。又稱反相積分器。圖中。 當(dāng)輸入信號(hào)為如圖5（a）所示的階躍電壓時(shí)，在它的作用下，電容

9、器將以近似恒流方式進(jìn)行充電，輸出電壓與時(shí)間t呈近似線性關(guān)系，如圖5（b）所示。因此 式中為積分時(shí)間常數(shù)。當(dāng)時(shí)，。當(dāng)，增大，直到，即運(yùn)放輸出電壓的最大值受供電直流電源電壓的限制，致使運(yùn)放進(jìn)入飽和狀態(tài)，保持不變，而停止積分。 圖5 積分電路的階躍響應(yīng) （a）輸入電壓信號(hào)波形 （b）輸出電壓波形2. 工作原理 2.1方波產(chǎn)生電路原理 方波產(chǎn)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生方波或矩形波的非正弦信號(hào)發(fā)生電路。由于方波或矩形波包含極豐富的諧波，因此，這種電路又稱為多諧振蕩電路。 圖6 雙向限幅的方波產(chǎn)生電路矩形波產(chǎn)生電路如圖6所示，它是在遲滯比較器的基礎(chǔ)上，把輸出電壓經(jīng)、C反饋集成運(yùn)放的反相端。在運(yùn)放的輸出端引入

10、限流電阻R和兩個(gè)穩(wěn)壓管而組成的雙向限幅電路。在接通電源的瞬間，電路的輸出電壓究偏于正向飽和還是負(fù)向飽和，純屬偶然。設(shè)輸出電壓偏于負(fù)飽和值，即時(shí)，則集成運(yùn)放同相端的電壓為 而時(shí)電容反向充電，由零變負(fù)。在高于之前， 不變。當(dāng)下降到略低于時(shí)，從VZ跳變到+ VZ。與此同時(shí)，由 變?yōu)?而 是電容充電，在低于以前， 不變。當(dāng)上升到略高于時(shí)，從+VZ跳到VZ。如此循環(huán)不已，產(chǎn)生振蕩，輸出矩形波。圖7畫出了在時(shí)的一個(gè)方波的典型周期內(nèi)輸出端及電容C上的電壓波形。 圖7 輸出電壓與電容器電壓波形圖因本次實(shí)驗(yàn)有明確要求：三角波輸出信號(hào)幅值為0 2 V連續(xù)可調(diào)，所以方波部分的電路圖修改如圖8。圖8 方波產(chǎn)生電路圖

11、2.2方波三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 產(chǎn)生三角波利用的是積分電路的原理 圖9 方波三角波轉(zhuǎn)換電路 由于反相輸入， 故 上式表明與的積分成比例，式中的負(fù)號(hào)表示兩者相反，稱為積分時(shí)間常數(shù)。當(dāng)為階躍電壓時(shí)，。當(dāng)積分電路的輸入為方波時(shí)，電路將輸出三角波。3. 電路元件及參數(shù)設(shè)計(jì) 3.1 芯片uA741工作原理及原理圖741型運(yùn)算放大器具有廣泛的模擬應(yīng)用。寬范圍的共模電壓和無(wú)阻塞功能可用于電壓跟隨器。高增益和寬范圍的工作電壓特點(diǎn)在積分器、加法器和一般反饋應(yīng)用中能使電路具有優(yōu)良性能。此外，它還具有如下特點(diǎn)：（1）無(wú)頻率補(bǔ)償要求；（2）短路保護(hù)；（3）失調(diào)電壓調(diào)零；（4）大的共模、差模電壓范圍；（5）低功耗。

12、741型運(yùn)放雙列直插封裝的俯視圖如圖10（a）所示。緊靠缺口（有時(shí)也用小圓點(diǎn)標(biāo)記）下方的管腳編號(hào)為1，按逆時(shí)針?lè)较颍苣_編號(hào)依次為2，3，8。其中，管腳2為運(yùn)放反相輸入端，管腳3為同相輸入端，管腳6為輸出端，管腳7為正電源端，管腳4為負(fù)電源端，管腳8為空端，管腳1和5為調(diào)零端。通常，在兩個(gè)調(diào)零端接一幾十千歐的電位器，其滑動(dòng)端接負(fù)電源，如圖10（b）所示。調(diào)整電位器，可使失調(diào)電壓為零。（a） （b）圖10 uA741型運(yùn)算放大器的封裝圖 3.2 02DZ4.7二極管 由兩個(gè)02DZ4.7二極管組成了一個(gè)穩(wěn)壓二極管。 穩(wěn)壓二極管的作用是限制和確定方波的幅度，因此要根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的方波幅度來(lái)選擇穩(wěn)壓

13、管的穩(wěn)定電壓。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)，為了得到對(duì)稱的方波輸出，通常應(yīng)選用高精度的雙向穩(wěn)壓管。R2為穩(wěn)壓管的限流電阻，其值由所選用的穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流決定。 3.3 頻率與電容C 由于設(shè)計(jì)任務(wù)書中要求頻率范圍為100 HZ 200 HZ 連續(xù)可調(diào)，而 可見f與C成反比，若要得到100 HZ 200 HZ，C要為0.1。4. 總電路圖與器材清單表圖11 方波-三角波產(chǎn)生的總電路圖元器件名稱個(gè)數(shù)型號(hào)主要參數(shù) 運(yùn)算放大器2741示波器1 可調(diào)電阻1 50k電阻5R 20k,5k,10k電容1C 0.1F直流穩(wěn)壓電源4 ±12V二極管202DZ4.75.實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果圖

14、12 示波器六、 討論 設(shè)計(jì)中發(fā)生的問(wèn)題1 第一次獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)。2 方波和三角波和接觸較少，特別是三角波，面對(duì)題目，不知道該怎么開始。3 設(shè)計(jì)電路圖時(shí)，關(guān)于比較器和積分電路的知識(shí)不足，無(wú)法讓兩個(gè)電路融合在一起，成功得到波形。4 沒(méi)有注意到設(shè)計(jì)任務(wù)書中有關(guān)于參數(shù)的要求，導(dǎo)致得到的波形不符合要求。5 電腦中沒(méi)有Multisim 13.0，破解中遇到了一些困難。6 沒(méi)有學(xué)習(xí)和使用過(guò)Multisim 13.0，畫電路圖中，一些元件找不到；連線時(shí)，沒(méi)有仔細(xì)注意節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致電路圖一直不成功，得不到需要的波形。 七、設(shè)計(jì)心得體會(huì) 本次課程設(shè)計(jì)是我到目前為止覺(jué)得最有意義也是收獲最大的一次實(shí)習(xí)，。身

15、為電氣工程系的學(xué)生，設(shè)計(jì)是我們將來(lái)必須的技能。而這次課程設(shè)計(jì)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的平臺(tái)。 通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)，我感慨頗多，從拿到課題到定稿，從理論到實(shí)踐，在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中,可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。 因?yàn)檫@次課程設(shè)計(jì)需要?jiǎng)幽X動(dòng)手，把自己課堂上學(xué)到的軟件和硬件知識(shí)全部應(yīng)用進(jìn)來(lái)。要想完成好這次課程設(shè)計(jì)，必須熟悉模擬電子技術(shù)理論知識(shí)，與外部電路的連接。這其中有以前課堂上學(xué)過(guò)的也有需要我們自學(xué)研究的，這不僅考察了自己原來(lái)的知識(shí)程度還加強(qiáng)了我們獨(dú)立獲取知識(shí)并加以運(yùn)用的能力。 通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)函數(shù)發(fā)生器的了解擴(kuò)寬了，對(duì)模擬電