正弦波與方波的相互轉(zhuǎn)換

PAGEPAGE10物理與電子工程學(xué)院課題設(shè)計報告課題名稱：正弦函數(shù)發(fā)生器設(shè)計組別：20組組長：2011級楊會組員：2011級胡原彬組員：2011級廖秋偉2013年7月10日目錄一．設(shè)計要求 3二．總體設(shè)計 3三．設(shè)計方案 3㈠用運算放大器產(chǎn)生1000HZ的正弦信號 3㈡將正弦波轉(zhuǎn)換為方波 3㈢將方波轉(zhuǎn)換為正弦波 4㈣還原波形 4四．設(shè)計步驟及參數(shù)的確定 4㈠用運算放大器產(chǎn)生1000HZ的正弦信號 4㈡正弦波轉(zhuǎn)換為方波 4㈢方波轉(zhuǎn)換為正弦波 5㈣還原波形 5㈤整體電路原理圖 6五．實驗仿真結(jié)果 6㈠正弦波產(chǎn)生且換為方波再換為正弦波的波形 6㈡用放大器放大振幅還原后的波形 7六．電路板的制作 7㈠畫圖 7㈡元器件清單 8㈢實物焊接 8七．電路的調(diào)試 8㈠電路連接 8㈡波形測量 8㈢數(shù)據(jù)的記錄 8八．總結(jié) 9㈠設(shè)計過程中遇到的問題 9㈡心得體會 10正弦函數(shù)發(fā)生器=1\*CHINESENUM3一．設(shè)計要求用運算放大器產(chǎn)生一個1000HZ的正弦波信號。將此正弦波轉(zhuǎn)換為方波。再將此方波轉(zhuǎn)換為正弦波。限用一片LM324和電阻、電容。=2\*CHINESENUM3二．總體設(shè)計總體設(shè)計大體上可分為四個模塊：1.用振蕩電路產(chǎn)生1000HZ的正弦波信號；2.用一個過零比較器把正弦波變?yōu)榉讲ǎ?.用RC濾波電路從方波中濾出正弦波；4.檢測波形用放大器還原振幅。振蕩電路振蕩電路產(chǎn)生正弦波轉(zhuǎn)換為方波轉(zhuǎn)換為正弦波放大還原正弦波過零比較器濾波電路同向放大器=3\*CHINESENUM3三．設(shè)計方案=1\*GB4㈠用運算放大器產(chǎn)生1000HZ的正弦信號用RC和一個運放組成文氏電橋振蕩電路，調(diào)節(jié)RC選頻電路來產(chǎn)生1000HZ的正弦波。=2\*GB4㈡將正弦波轉(zhuǎn)換為方波用一個運放接成過零比較器就可以把正弦波轉(zhuǎn)換為方波。但會存在少許誤差。=3\*GB4㈢將方波轉(zhuǎn)換為正弦波用電阻和電容組成RC濾波電路，選擇合適的數(shù)據(jù)參數(shù)就能實現(xiàn)把方波變?yōu)檎也ā?4\*GB4㈣還原波形用一個同相放大器把波形的幅度放大還原。=4\*CHINESENUM3四．設(shè)計步驟及參數(shù)的確定=1\*GB4㈠用運算放大器產(chǎn)生1000HZ的正弦信號用電阻、電容、二極管和一個運放組成文氏電橋振蕩電路，電路圖如下。參數(shù)選擇中最重要的是R6和C2的值選擇，因為它們是選頻電路。f=1/2ΠRC。f=1000HZ，所以可以確定RC的值。=2\*GB4㈡正弦波轉(zhuǎn)換為方波用一個運放接成過零比較器如下圖，通向端接信號輸入，反向端接地。只要輸入信號電壓大于或小于零，信號就發(fā)生跳變，可以把正弦波轉(zhuǎn)換為方波。=3\*GB4㈢方波轉(zhuǎn)換為正弦波用電阻和電容接成RC濾波電路。在R2和C3過后的節(jié)點處波形是三角波，最后輸出是正弦波。=4\*GB4㈣還原波形1.在RC濾波電路輸出的正弦波，幅度變小了約9倍的樣子，用一個同向放大器放大它的幅度。2.因為同向放大器的放大倍數(shù)為：A=1+R12/R11。所以確定R11=8k歐姆，R12=1k歐姆。㈤整體電路原理圖=5\*CHINESENUM3五．實驗仿真結(jié)果=1\*GB4㈠正弦波產(chǎn)生且換為方波再換為正弦波的波形注：紅色為震蕩產(chǎn)生的正弦波，藍(lán)色為正弦波轉(zhuǎn)換成的方波，白色為方波轉(zhuǎn)換成的正弦波。振蕩電路產(chǎn)生的正弦波：振幅：9.8V，頻率：1000HZ。由方波轉(zhuǎn)換的正弦波：振幅：1.1V頻率1000HZ。=2\*GB4㈡用放大器放大振幅還原后的波形放大還原后的正弦波：幅度：9.8V；頻率：1000HZ。=6\*CHINESENUM3六．電路板的制作=1\*GB4㈠畫圖在DXP軟件中畫出上面已近仿真成功的原理圖，選擇封裝，轉(zhuǎn)換成PCB模式。整理PCB版面上的元件布局，盡量避免導(dǎo)線的交叉。=2\*GB4㈡元器件清單元器件名稱型號參數(shù)(歐姆)數(shù)量（個）電阻5.1K12.7K11K210K2電容15nF233nF21uF1電位器10K320K1二極管1N40012芯片LM324N1㈢實物焊接按照上面的布局排列實物電路板，依據(jù)PCB板的線路分布焊接電路。注意焊接時不要短路和外接電源、接地的接口的焊接，并把要測試的信號用導(dǎo)線引到排針上方便測試。七．電路的調(diào)試=1\*GB4㈠電路連接用±12V的恒壓源連接到電路板的正負(fù)電源接口，把電路板接地端接地。=2\*GB4㈡波形測量用示波器觀測振蕩器產(chǎn)生的正弦波、方波、轉(zhuǎn)換后的正弦波和放大還原的正弦波。注意調(diào)節(jié)電位器。=3\*GB4㈢數(shù)據(jù)的記錄波形類型頻率(HZ)振幅(V)振蕩器產(chǎn)生的正弦波10009.8方波100013.4轉(zhuǎn)換后的正弦波10001.1放大還原后的正弦波10009.8㈣數(shù)據(jù)結(jié)果分析我們用振蕩器產(chǎn)生了頻率1000HZ振幅9.8V的正弦波，經(jīng)過過零比較器后變?yōu)轭l率1000HZ振幅13.4V的方波，在經(jīng)過我們的濾波電路，把方波轉(zhuǎn)換為頻率1000HZ振幅1.1V的正弦波，最后經(jīng)放大器放大還原為頻率1000HZ振幅9.8V的正弦波。雖然實際值和理論值有一些小小的誤差，但實驗還是得到了正確的結(jié)果。八．總結(jié) =1\*GB4㈠設(shè)計過程中遇到的問題因為第一次做類似的設(shè)計電路，很多地方不清楚，都是在摸索中進(jìn)行的。遇到了很多大小的問題。比如:1.電路圖自己設(shè)計很困難，在查找電路圖時很多都不能實現(xiàn)，這些電路對于我們不適用。2.元件的參數(shù)確定是大多是參照我們查找的電路，稍作修改。自己很少從設(shè)計的角度來理論計算。3.仿真時有時候是正確的波形，感覺沒有動它一會兒又出了問題。4.在焊接電路板時，各個元件的引腳很細(xì)很密，容易短路。第一次焊接完了去調(diào)試時，用示波器在元件中尋找波形很不方便，而且沒有波形。我們再次檢查并把要檢測的信號用導(dǎo)線連接到排針上方便檢測。5.第二次檢測時感覺是那些地方短路了，做了修改后再去檢測，后面幾步都有波形但是第一步（振蕩器）沒有成形的正弦波。我們認(rèn)為是振蕩器的兩個電位器的阻值沒調(diào)好。6.我們在電路板上用到了4個電位器，最初我們不知道電位器怎么調(diào)節(jié)是變大或變小，只有一通亂調(diào)，后來才想到用萬用表測它的電阻。7.最初我們的電位器只用到了兩個引腳，認(rèn)為連接方式和滑動變阻器類似，后來聽說得三個腳都用到，中間和兩側(cè)中的一個串聯(lián)再外接。8.經(jīng)過種種改善和調(diào)試都不行，我們打算新做了一個電路板，在焊接的時候我沒看見新的LM324n芯片，想把它換在舊板上試一試，結(jié)果調(diào)試出了波形，雖然最后的正弦波有失真，但前面振蕩器產(chǎn)生的正弦波和方波都是可以的，頻率都可以通過電位器調(diào)到1000HZ,幅值也可以調(diào)節(jié)。主要是最后的轉(zhuǎn)換后的正弦波有些失真，放大后也存在失真。9.由于失真，我們檢查后把電容C3由原來的1.2uF改為1uF（好像C3電容原本不是它所標(biāo)注的1.2uF），波形不失真，但是最后放大器放大的幅度只能達(dá)到初始正弦波的1/2，再調(diào)大就波峰就截止了。我們有嘗試改小電容C4和C5。10.為了進(jìn)一步完善，我們把相關(guān)的電阻和電容測量一下并適當(dāng)替換。在調(diào)整后又拿去調(diào)試，仔細(xì)調(diào)節(jié)電位器，終于得到了正確的結(jié)果！11..同時我們也沒停下第二塊的電路板的制作，希望第二塊能吸取第一塊的經(jīng)驗做的更完善。但第二塊也許是沒有充足的精力和時間，波形還是存在失真，我們決定還是采用第一塊電路板。㈡心得體會第一次設(shè)計制作電路，雖然遇到了很多現(xiàn)在看來很低級的錯誤，也好像花了很多的時間做了無用功，但是卻讓我們熟悉相關(guān)軟件和制作的過程，了解相關(guān)的制作方法，重溫了以前模電學(xué)習(xí)的相關(guān)放大器、振蕩電路、濾波等等的原理，打下了電路板制作的一些基礎(chǔ)，現(xiàn)在花的時間越是多，對以后的學(xué)習(xí)幫助越大。所以這一次的設(shè)計制作，我們學(xué)到了很多，