正弦波-方波-三角波信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、.XX科技學(xué)院天平學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課設(shè)名稱 正弦波方波三角波信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)組 長(zhǎng)學(xué)號(hào)：成績(jī)：組 員 學(xué)號(hào)：成績(jī)：組 員 學(xué)號(hào)：成績(jī)：組 員 學(xué)號(hào)：成績(jī)：專業(yè) 電子信息工程指導(dǎo)教師 胡伏原二一二年七月模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告一設(shè)計(jì)課題名稱正弦波方波三角波信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)二課程設(shè)計(jì)目的、要求與技術(shù)指標(biāo)2.1課程設(shè)計(jì)目的鞏固所學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)；實(shí)踐所掌握的電子制作技能；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)；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；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法,能

2、力分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的正常或不正?，F(xiàn)象獨(dú)立解決調(diào)試中所發(fā)生的問(wèn)題；學(xué)會(huì)撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告；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)；完成一個(gè)實(shí)際的電子產(chǎn)品,提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。2.2課程設(shè)計(jì)要求根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求及實(shí)驗(yàn)室條件設(shè)計(jì)出電路圖,分析工作原理,計(jì)算元件參數(shù)；列出所有元器件清單；仿真設(shè)計(jì)的電路,達(dá)到設(shè)計(jì)要求；記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2.3技術(shù)指標(biāo)輸出波形：方波三角波正弦波；頻率范圍：100HZ200HZ連續(xù)可調(diào)；輸出電壓：正弦波-方波的輸出信號(hào)幅值為6V.三角波輸出信號(hào)幅值為02V連續(xù)可調(diào)；正弦波失真度：。三系統(tǒng)知識(shí)介紹函數(shù)發(fā)生器原理方案一：首先產(chǎn)生正弦波,然后通過(guò)整形電路將正弦波變換成方波

3、,再由積分電路將方波變成三角波。方案二：首先產(chǎn)生方波三角波,再將方波變成正弦波或?qū)⑷遣ㄗ兂烧也?。函?shù)發(fā)生器的各方案比較我選的是第二個(gè)方案,上述兩個(gè)方案均可以產(chǎn)生三種波形。方案二的電路連接部方便而且這樣用了很多元器件,在方案的在調(diào)節(jié)的時(shí)候比較方便可以很快的調(diào)節(jié)出波形。四電路方案與系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)計(jì)基于集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)思路比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波,三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定,輸入阻抗高,抗干擾能力較強(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弦波。波形變換的原理是利

4、用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路如下圖一所示：圖一 設(shè)計(jì)框圖工作原理方波發(fā)生電路因?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(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(lái)確定每種狀態(tài)維持的時(shí)間。方波電壓狀態(tài)如下圖所示：圖二此電路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(guò)RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UT。

5、Uo通過(guò)R1對(duì)電容C正向充電。反相輸入端電位n隨時(shí)間t的增長(zhǎng)而逐漸增高,當(dāng)t趨于無(wú)窮時(shí),Un趨于+Uz；但是,一旦Un=+Ut,再稍增大,Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后,Uo又通過(guò)R1對(duì)電容C反向充電。Un隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)而減低,當(dāng)t趨于無(wú)窮大時(shí),Un趨于-Uz；但是,一旦Un=-Ut,再減小,Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz,Up從-Ut躍變?yōu)?Ut,電容又開(kāi)始正相充電。上述過(guò)程周而復(fù)始,電路產(chǎn)生了自激振蕩。圖三方波-三角波轉(zhuǎn)換電路將方波電壓作為積分運(yùn)算電路的輸入,在其輸出就得到三角波電壓如圖3.4所示。當(dāng)方波發(fā)生電路的輸出電壓Uo=+Uz時(shí),積分運(yùn)算電路的輸出電壓

6、Uo將線性下降；而當(dāng)Uo=-Uz時(shí),Uo將線性上升。積分電路的輸入電壓是滯回比較器的輸出電壓Uo1,而且Uo1不是+Uz,就是-Uz。設(shè)初態(tài)時(shí)正好從-Uz躍變?yōu)?Uz,則積分電路反向積分,Uo隨時(shí)間的增長(zhǎng)線形下降,一旦Uo=-Ut,再稍減小,Uo1將從+Uz躍變?yōu)?Uz。積分電路正向積分,Uo隨時(shí)間的增長(zhǎng)線形增大,一旦Uo=+Ut,再稍增大,Uo1將從-Uz躍變?yōu)?Uz,回到初態(tài),積分電路又開(kāi)始反向積分。電路重復(fù)上述過(guò)程,因此產(chǎn)生自激振蕩,三角波發(fā)生電路如下圖3.5所示：方波-三角波波形圖四所示：圖四三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定,輸入阻抗高,抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直

7、流放大器,可以有效的抑制零點(diǎn)漂移,因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。正弦波電路如下圖五所示圖五為使輸出波形更接近正弦波：傳輸特性曲線越對(duì)稱,線性區(qū)越窄越好；三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。圖為實(shí)現(xiàn)三角波正弦波變換的電路。其中R4和R12調(diào)節(jié)三角波的幅度,R13調(diào)整電路的對(duì)稱性。電容C1為隔直電容,C2和C3為濾波電容,以濾除諧波分量,改善輸出波形。元器件與參數(shù)設(shè)計(jì)4.1.4 仿真電路圖與分析電路的仿真圖圖六仿真圖的分析通過(guò)改變R7上的數(shù)值變大使得三角波的幅值變大,并且改變R4上的幅值變小的時(shí)候使得三角波的頻率發(fā)生改變。提

8、高R7上的幅值與減少R4的幅值會(huì)使得方波信號(hào)的頻率和正弦信號(hào)的頻率減小。4.1.5六器件清單表表元器件清單表元器件名稱個(gè)數(shù)型號(hào)主要參數(shù)虛擬示波器1Xsc1滑動(dòng)變阻器4Key=A1M電阻6R10K電容4C100nf元器件名稱個(gè)數(shù)型號(hào)主要參數(shù)虛擬示波器1Xsc1基于RC的函數(shù)發(fā)生器4.2.1設(shè)計(jì)思路函數(shù)發(fā)生器組成框圖,主要有RC橋式振蕩電路,過(guò)零比較器,積分器三大主要模塊電路構(gòu)成。經(jīng)過(guò)RC橋式振蕩電路產(chǎn)生正弦波波 ,再經(jīng)過(guò)零比較器產(chǎn)生方波,然后由積分器產(chǎn)生三角波。其總的原理設(shè)計(jì)框如圖：三角波RC橋式振蕩器RC橋式振蕩器RC橋式振蕩器三角波RC橋式振蕩器RC橋式振蕩器RC橋式振蕩器正弦波方波正弦波方

9、波 圖七 原理圖工作原理正弦波：利用RC橋式振蕩電路產(chǎn)生正弦波,原理如下圖所示；其中RC串并聯(lián)電路構(gòu)成正反饋支路,同時(shí)兼并選頻網(wǎng)絡(luò),R1,R4,R5及二極管等原件構(gòu)成負(fù)反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。圖八調(diào)節(jié)電位器R2,可以改變負(fù)反饋深度,以滿足震蕩的振幅條件和改善波形,利用兩個(gè)反向二極管D1,D2正向電阻的非線性來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。D1,D2采用硅管,且要求特性匹配,才能保證輸出波形正負(fù)半周對(duì)稱。R2的接入是為了削弱二極管非線性的影響,以改善波形失真。振蕩頻率： 其振幅值條件： 方波：利用過(guò)零比較器產(chǎn)生方波,其原理如下圖所示圖九 由圖可知,該電路為處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)的集成運(yùn)放是一個(gè)最簡(jiǎn)單的過(guò)零比較器。猶豫理想運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增

10、益為無(wú)窮大。因此,當(dāng)輸入信號(hào)小于零時(shí),輸出為高電平；當(dāng)輸入信號(hào)大于零時(shí),輸出為低電平。從示波器輸出波形可知,當(dāng)輸入為正弦波時(shí)輸出為正弦波。其中穩(wěn)壓管的作用是實(shí)現(xiàn)限幅。方波的幅值為：三角波：利用積分器產(chǎn)生三角波,其原理電路如下圖所示：圖十圖中,同相輸入端接地,由于輸入端不取電流,同相端電位為零,反相端虛地,流過(guò)電容的電流與流過(guò)電阻的電流相等經(jīng)計(jì)算可知當(dāng)輸入方波時(shí)輸出為三角波。仿真結(jié)果與分析.1仿真結(jié)果圖圖十一圖十二.1仿真結(jié)果的分析通過(guò)改變C1的電容值的大小使得改變,在變大C1的值時(shí),方波和三角波的周期都變大,頻率均變小。并且三角波的幅值變小。正弦波的周期會(huì)變大,頻率變小。并且幅值也會(huì)變大。五實(shí)

11、驗(yàn)結(jié)果與分析通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的仿真結(jié)果圖的對(duì)比與數(shù)據(jù)分析,看的出第二套的設(shè)計(jì)方案比第一份要好。數(shù)據(jù)變換的時(shí)候,波形的變化比較明顯。失真相比,第二套的比較小。六討論在實(shí)驗(yàn)仿真過(guò)程中,遇到了許多問(wèn)題,特別是在電路的選擇的這個(gè)問(wèn)題上,因?yàn)闆](méi)對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)真分析,所以不知道哪個(gè)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)與繁。還有在仿真電路中,對(duì)于電路的失真問(wèn)題研究了很久最后通過(guò)改變劃定變阻器的占空比,才使得電路輸出了比較好的波形。七成員分工主要成員主要完成工作自評(píng)負(fù)責(zé)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試與部分報(bào)告的整理良電路的一套方案設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果的分析良部分報(bào)告的編寫(xiě)與電路的連線工作良與其他同組同學(xué)的交流與實(shí)驗(yàn)最好分析與總結(jié)和報(bào)告的打印良八設(shè)計(jì)總結(jié)1課程設(shè)計(jì)情況總結(jié)：我們組順利完成了課程設(shè)計(jì)的全部任務(wù),通過(guò)這次設(shè)計(jì),我們的更好的掌握了理論基礎(chǔ)知識(shí)。同時(shí),通過(guò)多方面的查詢資料,我們學(xué)到許多書(shū)本上沒(méi)有的知識(shí),也認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)踐的重要。理論學(xué)的好,基本沒(méi)用。同時(shí),這次課程設(shè)計(jì)提高了我們的團(tuán)隊(duì)合作水平。2知識(shí)與技能應(yīng)用情況：總的來(lái)說(shuō)：們的試驗(yàn)進(jìn)行的比較順利,根據(jù)原理我們很快接好了線。在試驗(yàn)過(guò)程中,我們也遇到了不少問(wèn)題。比如,波形失真,甚至不出現(xiàn)波形這樣的問(wèn)題。在這次實(shí)習(xí)的過(guò)程中我們都是一點(diǎn)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)到熟悉每一個(gè)軟器件與實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。最后順利的完成模擬電子的課程設(shè)計(jì)。3建議和改進(jìn)：這次課程設(shè)計(jì)讓我們學(xué)到