正弦波與方波的相互轉換

。物理與電子工程學院課題設計報告課題名稱：正弦函數發(fā)生器設計組 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日精選資料，歡迎下載。目錄一．設計要求 3二．總體設計 3三．設計方案 3㈠用運算放大器產生 1000HZ的正弦信號 3㈡將正弦波轉換為方波 3㈢將方波轉換為正弦波 4㈣還原波形 4四．設計步驟及參數的確定 4㈠用運算放大器產生 1000HZ的正弦信號 4㈡正弦波轉換為方波 4㈢方波轉換為正弦波 5㈣還原波形 5㈤整體電路原理圖 6五．實驗仿真結果 6㈠正弦波產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．電路的調試 8㈠電路連接 8㈡波形測量 8㈢數據的記錄 8八．總結 9㈠設計過程中遇到的問題 9㈡心得體會 10精選資料，歡迎下載。正弦函數發(fā)生器一．設計要求用運算放大器產生一個1000HZ的正弦波信號。將此正弦波轉換為方波。再將此方波轉換為正弦波。限用一片LM324和電阻、電容。二．總體設計總體設計大體上可分為四個模塊：用振蕩電路產生1000HZ的正弦波信號；用一個過零比較器把正弦波變?yōu)榉讲ǎ挥肦C濾波電路從方波中濾出正弦波；檢測波形用放大器還原振幅。振蕩電路過零比產生正弦波 較器放大還原 同向放正弦波 大器三．設計方案

轉換為方波濾波電路轉換為正弦波㈠用運算放大器產生 1000HZ的正弦信號用RC和一個運放組成文氏電橋振蕩電路，調節(jié)RC選頻電路來產生1000HZ的正弦波。將正弦波轉換為方波用一個運放接成過零比較器就可以把正弦波轉換為方波。但會存在少許誤差。精選資料，歡迎下載。㈢將方波轉換為正弦波用電阻和電容組成 RC濾波電路，選擇合適的數據參數就能實現把方波變?yōu)檎也?。㈣還原波形用一個同相放大器把波形的幅度放大還原。四．設計步驟及參數的確定㈠用運算放大器產生 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。㈡正弦波轉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，可以把正弦波轉換為方波。精選資料，歡迎下載。㈢方波轉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。㈣還原波形在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。因為同向放大器的放大倍數為：A=1+R12/R11。所以確定R11=8k歐姆，R12=1k歐姆。精選資料，歡迎下載。㈤整體電路原理圖五．實驗仿真結果㈠正弦波產生且換為方波再換為正弦波的波形精選資料，歡迎下載。注：紅色為震蕩產生的正弦波，藍色為正弦波轉換成的方波，白色為方波轉換成的正弦波。振蕩電路產生的正弦波：振幅：9.8V ，頻率：1000HZ。由方波轉換的正弦波：振幅：1.1V 頻率1000HZ。㈡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。六．電路板的制作㈠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，轉換成PCB模式。整理PCB版面上的元件布局，盡量避免導線的交叉。精選資料，歡迎下載。㈡元器件清單元器件型號參數數量名稱(歐姆)（個）5.1K12.7K1電阻1K210K215nF2電容33nF21uF1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線引到排針上方便測試。七．電路的調試㈠電路連接用±12V的恒壓源連接到電路板的正負電源接口，把電路板接地端接地。㈡波形測量用示波器觀測振蕩器產生的正弦波、方波、 轉換后的正弦波和放大還原的正弦波。注意調節(jié)電位器。㈢數據的記錄波形類型頻率(HZ)振幅(V)振蕩器產生的正10009.8弦波方波100013.4精選資料，歡迎下載。轉換后的正弦波 1000 1.1放大還原后的正10009.8弦波㈣數據結果分析我們用振蕩器產生了頻率 1000HZ振幅9.8V的正弦波，經過過零比較器后變?yōu)轭l率1000HZ振幅13.4V的方波，在經過我們的濾波電路，把方波轉換為頻率 1000HZ振幅1.1V的正弦波，最后經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果。八．總結㈠設計過程中遇到的問題因為第一次做類似的設計電路，很多地方不清楚，都是在摸索中進行的。遇到了很多大小的問題。比如:電路圖自己設計很困難，在查找電路圖時很多都不能實現，這些電路對于我們不適用。元件的參數確定是大多是參照我們查找的電路，稍作修改。自己很少從設計的角度來理論計算。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。在焊接電路板時，各個元件的引腳很細很密，容易短路。第一次焊接完了去調試時，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線連接到排針上方便檢測。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。我們認為是振蕩器的兩個電位器的阻值沒調好。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節(jié)是變大或變小，只有一通亂調，后來才想到用萬用表測它的電阻。最初我們的電位器只用到了兩個引腳，認為連接方式和滑動變阻器類似，后來聽說得三個腳都用到，中間和兩側中的一個串聯再外接。經過種種改善和調試都不行，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，結果調試出了波形，雖然最后的正弦波有失真，但前面振蕩器產生的正弦波和方波都是可以的，頻率都可以通過電位器調到1000HZ,幅值也可以調節(jié)。主要是最后的轉換后的正弦波有些失真， 放大后也存在失真。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注的1.2uF），波形不失真，但是最后放大器放大的幅度只能達到初始正弦波的1/2，再調大就波峰就截止了。我們有嘗試改小電容 C4和C5。為了進一步完善，我們把相關的電阻和電容測量一下并適當替換。在調整后又拿去調試，仔細調節(jié)電位器，終于得到了正確的結果！精選資料，歡迎下載。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心得體會第一次設計制作電路，雖然遇到了很多現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軟件和制作的過程，了解相關的制作方法，重溫了以前模電學習的相關放大器、振蕩電路、濾波等等的原理，打下了電路板制作的一些基礎，現在花的時間越是多，對以后的學習幫助越大。所以這一次的設計制作，我們學到了很多，同時也看見了我們很多的不足之處，明白了哪些地方我們還急待學習和提高。知道細心、耐心的必要；知道測試、檢測的理性；知道理論、實際的差別；知道失敗、重復的統(tǒng)一；知道一次次調試、一次次檢驗、一次次計算、一次次修改、再一次次調試為了達到我們能做到的最好，我們不厭其煩