電子課設(shè)論文(共18頁)

1、電子線路課程設(shè)計(jì)姓 名： 易英煒 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 130302020229 完成(wn chng)時(shí)間： 2015年6月11日 目錄(ml) TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc421833564 設(shè)計(jì)任務(wù)(rn wu)和要求 PAGEREF _Toc421833564 h 1 HYPERLINK l _Toc421833565 1.1設(shè)計(jì)(shj)任務(wù) PAGEREF _Toc421833565 h 1 HYPERLINK l _Toc421833566 1.2設(shè)計(jì)(shj)要求 PAGEREF _Toc421833566 h 1 HYPE

2、RLINK l _Toc421833567 1.3 PCB要求(yoqi) PAGEREF _Toc421833567 h 1 HYPERLINK l _Toc421833568 設(shè)計(jì)原理 PAGEREF _Toc421833568 h 2 HYPERLINK l _Toc421833569 2.1 概述 PAGEREF _Toc421833569 h 2 HYPERLINK l _Toc421833570 2.2正弦波的振蕩器 PAGEREF _Toc421833570 h 2 HYPERLINK l _Toc421833571 2.2.1 正弦波的振蕩器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 PAGEREF

3、 _Toc421833571 h 2 HYPERLINK l _Toc421833572 2.2.2 產(chǎn)生振動(dòng)條件 PAGEREF _Toc421833572 h 2 HYPERLINK l _Toc421833573 2.3方波發(fā)生器 PAGEREF _Toc421833573 h 3 HYPERLINK l _Toc421833574 2.3.1 方波發(fā)生器的基本原理與工作原理 PAGEREF _Toc421833574 h 3 HYPERLINK l _Toc421833575 設(shè)計(jì)步驟 PAGEREF _Toc421833575 h 4 HYPERLINK l _Toc42183357

4、6 3.1 正弦波發(fā)生器 PAGEREF _Toc421833576 h 4 HYPERLINK l _Toc421833577 3.1.1 電路組成 PAGEREF _Toc421833577 h 4 HYPERLINK l _Toc421833578 3.1.2 電路分析 PAGEREF _Toc421833578 h 4 HYPERLINK l _Toc421833579 3.2 方波發(fā)生器 PAGEREF _Toc421833579 h 5 HYPERLINK l _Toc421833580 3.2.1 比較器+RC電路 PAGEREF _Toc421833580 h 5 HYPERL

5、INK l _Toc421833581 3.2.2 比較器+積分器 PAGEREF _Toc421833581 h 7 HYPERLINK l _Toc421833582 3.3 Altitm design電路原理圖的繪制 PAGEREF _Toc421833582 h 9 HYPERLINK l _Toc421833583 3.3.1電路原理圖設(shè)計(jì)的一般步驟 PAGEREF _Toc421833583 h 9 HYPERLINK l _Toc421833584 3.3.2 本設(shè)計(jì)需要用到的規(guī)則 PAGEREF _Toc421833584 h 9 HYPERLINK l _Toc4218335

6、85 3.3.3 原理圖 PAGEREF _Toc421833585 h 9 HYPERLINK l _Toc421833586 3.4 Altium design PCB圖的設(shè)計(jì)與制作 PAGEREF _Toc421833586 h 10 HYPERLINK l _Toc421833587 3.4.1 PCB圖設(shè)計(jì)的一般步驟 PAGEREF _Toc421833587 h 10 HYPERLINK l _Toc421833588 3.4.2 PCB布局需注意的問題 PAGEREF _Toc421833588 h 10 HYPERLINK l _Toc421833589 3.4.3 PCB圖

7、PAGEREF _Toc421833589 h 10 HYPERLINK l _Toc421833590 設(shè)計(jì)結(jié)果 PAGEREF _Toc421833590 h 11 HYPERLINK l _Toc421833591 設(shè)計(jì)體會(huì) PAGEREF _Toc421833591 h 12 HYPERLINK l _Toc421833592 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc421833592 h 13 HYPERLINK l _Toc421833593 附圖 PAGEREF _Toc421833593 h 14摘 要 波形發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電壓

8、或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的波形發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成電路。本次波形發(fā)生器設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生方波和三角波，矩形波發(fā)生電路是其它非正弦發(fā)生電路的基礎(chǔ)，當(dāng)方波電壓加在積分運(yùn)算電路的輸入端是，輸出就獲得三角波電壓。而矩形波電壓只有兩種狀態(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，就要求輸出的兩種狀態(tài)自動(dòng)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(ydng)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)來確定每種狀態(tài)維持的時(shí)間。 【關(guān)鍵詞】 波形發(fā)生器 三角(snjio)波 方波 電路原理圖 PCB電子線路

9、課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)(shj)任務(wù)和要求1.1設(shè)計(jì)(shj)任務(wù)使用集成(j chn)運(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)波形發(fā)生器，產(chǎn)生一個(gè)頻率為fo = 10010 kHz的正弦波，其電壓幅度為+Vs = |Vs | =3V。同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)頻率為fo = 10010kHz的方波，其幅度為+Vf = |Vf | = 5V。波形發(fā)生器方框圖見圖1。文氏橋衰減放大電壓比較衰減放大輸出正弦波輸出方波方波正弦波1.2設(shè)計(jì)要求（1）正弦波發(fā)生器設(shè)計(jì)；（2）方形波發(fā)生器設(shè)計(jì)；（3）放大電路設(shè)計(jì)。1.3 PCB要求（1）PCB板大小不超過6*6cm（2）線寬35mil，GND線寬50mil，單面板布線，可以使用少量的跳線，不超過4根

10、（3）焊盤大小全部為80mil，孔徑35mil（4）要求畫出元件庫，元件全部使用直插式封裝，按著給出的封裝表來繪制元件庫設(shè)計(jì)原理2.1 概述波形發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電壓或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的波形發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件（如視頻信號(hào)函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管），也可以采用集成電路（如單片函數(shù)發(fā)生器模塊5G8038）。本次波形發(fā)生器設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生正弦波同時(shí)產(chǎn)生方波。矩形波電壓只有兩種狀態(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，就要求輸出的兩種狀態(tài)自動(dòng)地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入

11、反饋。用正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信號(hào)，然后用過零比較器產(chǎn)生方波，再經(jīng)積分電路產(chǎn)生三角波。此電路結(jié)構(gòu)簡單，且有良好的正弦波和方波信號(hào)。 2.2正弦波的振蕩器2.2.1 正弦波的振蕩器的基本(jbn)結(jié)構(gòu)和工作原理正弦波振蕩器是一個(gè)沒有輸入信號(hào)，依靠(yko)自激振蕩產(chǎn)生正弦波輸出信號(hào)的電路，它由一個(gè)基本放大器和一個(gè)帶有選頻功能的正反饋網(wǎng)絡(luò)組成。電路接通電源的一瞬間，由于電路中電流從零突變到某一值，它包含著很多的交流諧波，經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)選出頻率為fo的信號(hào)，一方面由輸出端輸出，另一方面經(jīng)正反饋網(wǎng)絡(luò)傳送回到輸入端，經(jīng)放大(fngd)和選頻，這樣周而復(fù)始，不斷地反復(fù)，只要反饋信號(hào)大于初始信號(hào)，振蕩逐漸變強(qiáng)起

12、來。2.2.2 產(chǎn)生振動(dòng)條件（1）振動(dòng)平衡條件要使振蕩器輸出信號(hào). X1維持穩(wěn)定的輸出，必須使再次反饋回輸入端信號(hào).X2和原來輸入端的信號(hào). X3相等，即:X2=X3 又有A=X1/X3 F=X2/X1:得X2=AFX3當(dāng)AF=1時(shí)，幅度平衡條件（2）振動(dòng)起振的條件振蕩器滿足平衡條件時(shí)，F(xiàn)2=F3輸出信號(hào)幅度保持不變。但在振蕩器剛開始振蕩時(shí)，信號(hào)非常微弱，如僅是.F2=F3振蕩器將不能起振。必須使每次反饋回來的信號(hào)大于原來的輸入信號(hào)，即. F2F3。振蕩才能由弱到強(qiáng)建立起來。所以振蕩起振條件應(yīng)為AF1。2.3方波發(fā)生器2.3.1 方波發(fā)生器的基本原理與工作原理 如圖2-3所示的方波發(fā)生器電路，

13、其中R2與Rf組成負(fù)反饋支路(zh l)，運(yùn)放同相端的電壓為：電阻R1、和電容C組成運(yùn)放的正反饋支路。當(dāng)電容C的端電壓VC（等于運(yùn)放的反向端電壓V-）大于V+時(shí)，輸出(shch)電壓VOVZ（雙向穩(wěn)壓管VD的限幅電壓），則電容C經(jīng)電阻R1、放電，VC下降。當(dāng)VC下降到比V+小時(shí)，比較器的輸出電壓(diny)VO=+VZ，電容C又經(jīng)過電阻R1、充電，電容的端電壓VC又開始上升，如此反復(fù)，則輸出電壓VO為周期性方波。方波的頻率為=調(diào)節(jié)電路中的可以改變頻率。圖2-3為方波發(fā)生器設(shè)計(jì)步驟3.1 正弦波發(fā)生器 3.1.1 電路組成下圖3.1.1所示為實(shí)用的RC橋式振蕩電路圖3.1.1 實(shí)用(shyng)

14、RC橋式振蕩器3.1.2 電路(dinl)分析 文氏電橋(din qio)振蕩器：f o=1/2RC；正反饋電路：RC串并選頻網(wǎng)絡(luò)決定RC振蕩器的振蕩頻率f 0。負(fù)反饋電路：Ra和R1決定起振條件，調(diào)節(jié)波形與穩(wěn)幅控制。R1并聯(lián)D1.D2：正向非線性電阻起振時(shí)：電阻大負(fù)反饋??；振蕩幅值大時(shí)：電阻小負(fù)反饋大，整形限幅。圖中二極管V1，V2用以改善輸出電壓波形，穩(wěn)定輸出幅度。起振時(shí)，由U1很小，V1,V2接近于開路，R3,V1,V2并聯(lián)電路的等效電阻近似等于R3，此時(shí)|Au|=1+（R2+R3）/R13,電路產(chǎn)生振蕩。隨著U0的增大，V1,V2導(dǎo)通，V1,V2，R3并聯(lián)電路的等效電阻減小，|Au|隨

15、之下降，使|Au|=3，U0幅度趨于穩(wěn)定。R3可用來調(diào)節(jié)輸出電壓的波形和幅度。為了保證起振，由R2+R32R1，可得R2的值必須滿足R22R1-R3。也就是說，R2過小，電路有可能停振。調(diào)節(jié)R3使R2略大于2R1-R3,起振后的振蕩幅度較小，但輸出波形比較好。調(diào)節(jié)R3使R2增大，輸出電壓的幅度增大，但輸出電壓波形失真也增大，當(dāng)R2增大到R22R1時(shí)，使得無論二極管V1,V2是否導(dǎo)通，電路均滿足|Au|3,V1,V2失去了自動(dòng)穩(wěn)壓作用，此時(shí)振蕩將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的限幅失真，所以為了使輸出電壓波形不產(chǎn)生嚴(yán)重的失真，要求R2值必須小于2R1.由此可見，為了使電路容易起振，又不產(chǎn)生嚴(yán)重的波形失真，應(yīng)調(diào)節(jié)R3

16、滿足：2R1R2(2R1-R3)3.2 方波發(fā)生器3.2.1 比較(bjio)器+RC電路由運(yùn)算放大器A、R0、R1、R2、Dz1和Dz1組成(z chn)的滯回比較器與RC電路組成的三角波、方波發(fā)生器電路如圖3.2.1（a）所示圖3.2.1（a）由波形圖可以看出，在比較器沒有翻轉(zhuǎn)之前，v0為一常數(shù)（設(shè)v0=+V1）。 v0通過R對(duì)C充電(chng din)，v c由-R1* V z /R1+R2逐漸上升，隨著v c的增大，R兩端的電壓將逐漸下降，故充電電路I c也將不斷減小，使v c上升速度減慢，從而使v c形成了典型的RC電路的充放電波形（按指數(shù)規(guī)律變化）。這樣的v c由于線性度非常差，顯

17、然不能當(dāng)作三角波使用。改進(jìn)v c線性度的有效方法，是在充放電過程中保持I c的恒定，即對(duì)電容C恒流充放電。使I c恒定的辦法有多種，其實(shí)質(zhì)都是利用BJT或FET的恒流特性，再引入電流負(fù)反饋而形成的恒流源電路。 圖3.2.1（a）、（b）是二種恒流源電路，只要把其中的某些電路取代圖中的R便可獲得較為理想的三角波波形。(a)（b）圖3.2.1二種形式(xngsh)的恒流源電路3.2.2 比較(bjio)器+積分器由積分器A與滯回比較器A2等組成的三角波，方波發(fā)生器電路如圖4.2.2所示。在一般使用情況下，V01和V02都接地。只有(zhyu)在方波的空占比不為50%，或三角波的正負(fù)幅度不對(duì)稱時(shí)，可

18、通過改變V01和V02的大小和方向加以調(diào)整圖3.2.2 三角波，方波發(fā)生器圖3.2.2所示的三角波、發(fā)生器電路，在V01和V02都接地(jid)時(shí)的三角波、方波發(fā)生器形對(duì)稱調(diào)節(jié)點(diǎn)V01和零位調(diào)節(jié)點(diǎn)V02電壓調(diào)整原理如下：對(duì)稱節(jié)點(diǎn)(ji din)V01穩(wěn)態(tài)勢，vo1可表示成：V o1 (t) =vo1(0)-(vo2-V01)t/RC 當(dāng)vo2=+V z時(shí) ，vo1（0）=+R2Vz/R3;而當(dāng)t=T1時(shí)，vo1（T1）=-R2Vz/R3。當(dāng)vo2=-V z時(shí)vo1（0）=VzRR32 ；而當(dāng)t=T2時(shí)，vo1（T2）=VzRR32。故以有T2=RC/v1+v2 當(dāng)1V0時(shí)，T1T2;當(dāng)1V0時(shí)

19、，T1T2.波形(b xn)的空占比都不為50%，波形出現(xiàn)不對(duì)稱。所以，由于失調(diào)等原因引起波形不對(duì)稱時(shí)，可通過改變1V的大小進(jìn)行調(diào)整零位調(diào)節(jié)VO2, 運(yùn)算放大器A2同相輸入端的電壓2?V，時(shí)由vo1和vo2疊加而成: v（t）=(R3/R2+R3)vo1（t）+(R2/R2+R3)vo2(t)當(dāng)2?v=V02時(shí)，A2翻轉(zhuǎn)。故A2翻轉(zhuǎn)時(shí)vo1的電壓為：Vo1=1+R2/R3Vo2由上可知，當(dāng)3 2RR的比值調(diào)好之后，三角波的峰峰值已經(jīng)確定，調(diào)節(jié)V02的大小可使三角波上下平移。因此，當(dāng)由于失調(diào)等原因引起三角波零位偏移（上下不對(duì)稱）時(shí)，可通過改變V02的大小進(jìn)行調(diào)整。3.3 Altitm desig

20、n電路(dinl)原理圖的繪制3.3.1電路原理圖設(shè)計(jì)的一般(ybn)步驟1） 啟動(dòng)(qdng)protel99SE電路原理圖編輯器。2) 設(shè)置電路圖圖紙大小及版面。3） 在圖紙上放置需要的元器件。4） 對(duì)所放置的元器件進(jìn)行布局布線。5） 對(duì)布局布線后的元器件進(jìn)行調(diào)整。6） 保存文檔并打印輸出。3.3.2 本設(shè)計(jì)需要用到的規(guī)則該設(shè)計(jì)繪制的總原理圖已在附錄C中給出，在此不再贅附。在放置元器件時(shí)，如遇元器件找不到則需裝載相應(yīng)的元器件庫。其基本步驟為：單擊設(shè)計(jì)管理器中的browse sch選項(xiàng)卡單擊add/remove按鈕，屏幕將出現(xiàn)“change library list”對(duì)話框。在design explorer 99/library/sch文件夾下選取元件庫文件，然后雙擊鼠標(biāo)點(diǎn)擊“OK”按鈕即完成了添加。若再找不到該元件，則需自己用元件繪圖工具制作。 3.3.3 原理圖見附圖(f t)3.4 Altium design PCB圖的設(shè)計(jì)(shj)與制作3.4.1 PCB圖設(shè)計(jì)的一般(ybn)步驟1） 按照相關(guān)步驟后，將網(wǎng)絡(luò)報(bào)表導(dǎo)入編輯器即產(chǎn)生PCB圖。2） 手工編輯調(diào)整元件布局，并連線。3.4.2 PCB布局需