電子課程設(shè)計(jì)-多種波形發(fā)生器報(bào)告.doc

課題名稱(chēng) 多種波形發(fā)生器 課題代碼 203 院（系） 專(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 生 時(shí) 間 指導(dǎo)教師簽名： 教研室主任（系主任）簽名： 一 設(shè)計(jì)目的1、了解并掌握電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，具備初步的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。2、通過(guò)查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，進(jìn)一步熟悉常用電子器件的類(lèi)型和特性，并掌握合理選用的原則；進(jìn)一步掌握電子儀器的正確使用方法。3、學(xué)會(huì)使用EDA軟件Multisim對(duì)電子電路進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。4、初步掌握普通電子電路的安裝、布線、調(diào)試等基本技能。5、提高綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力，學(xué)會(huì)撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告；培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。二設(shè)計(jì)內(nèi)容、要求及設(shè)計(jì)方案1、任務(wù)設(shè)計(jì)并制作能產(chǎn)生方波、三角波及正弦波等多種波形信號(hào)輸出的波形發(fā)生器。2、要求 1）輸出的各種波形工作頻率范圍0.02 Hz20 kHz連續(xù)可調(diào)； 2）正弦波幅值l0V，失真度小于1.5； 3）方波幅值l0V； 4）三角波峰一峰值20V；各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)； 5）設(shè)計(jì)電路所需的直流電源。3、總體方案設(shè)計(jì) 1）設(shè)計(jì)思路 波形產(chǎn)生電路通?？刹捎枚喾N不同電路形式和元器件獲得所要求的波形信號(hào)輸出。波形產(chǎn)生電路的關(guān)鍵部分是振蕩器，而設(shè)計(jì)振蕩器電路的關(guān)鍵是選擇有源器件，確定振蕩器電路的形式以及確定元件參數(shù)值等。具體設(shè)計(jì)可參考以下思路。 用正弦波振蕩器產(chǎn)生正弦波輸出，正弦波信號(hào)通過(guò)變換電路得方波輸出（例如用施密特觸發(fā)器），用積分電路將方波變換成三角波或鋸齒波輸出； 利用多諧振蕩器產(chǎn)生方波信號(hào)輸出，用積分電路將方波變換成三角波輸出，用折線近似法將三角波變換成正弦波輸出； 用多諧振蕩器產(chǎn)生方波輸出，方波經(jīng)濾波電路可得正弦波輸出，方波經(jīng)積分電路可得三角波輸出； 利用單片函數(shù)發(fā)生器568038，集成振蕩器E1648及集成定時(shí)器555/556等可靈活地組成各種波形產(chǎn)生電路。三、設(shè)計(jì)方案 1）設(shè)計(jì)方案 此次，多種波形發(fā)生器的實(shí)驗(yàn)，從設(shè)計(jì)思路可以看出，主要用到了正弦波振蕩器，施密特觸發(fā)器，積分電路等。基于本學(xué)期我們已經(jīng)掌握的模擬電路課程的知識(shí)。經(jīng)過(guò)我們小組討論，我們覺(jué)得我們對(duì)于正弦波振蕩器，文式電橋結(jié)構(gòu)，施密特觸發(fā)器的概念以及積分電路都已比較清楚的了解。因此我們采用了如下設(shè)計(jì)方案：1.將220V的交流電經(jīng)過(guò)單相橋式整流電路變換為直流電。完成這一任務(wù)主要靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。2. 用正弦波振蕩器產(chǎn)生正弦波輸出，其中的選頻網(wǎng)絡(luò)可以調(diào)整輸出波形的頻率。3. 用施密特觸發(fā)器使正弦波信號(hào)通過(guò)變換電路得方波輸出。4. 用積分電路將方波變換成三角波輸出。從而得到能發(fā)出三種波形的波形發(fā)生器。此方案為我們主要的設(shè)計(jì)方案。 其他方案：如：利用單片函數(shù)發(fā)生器568038靈活地組成各種波形產(chǎn)生電路。這為我們的第二方案。 2）原理框圖 多種波形發(fā)生器原理框圖如圖1所示。 文氏橋振蕩器(RC串并聯(lián)正弦波振蕩器)產(chǎn)生正弦波輸出，其主要特點(diǎn)是采用RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為選頻和反饋網(wǎng)絡(luò)，其振蕩頻率f0=l/(2RC)，改變RC的數(shù)值，可得到不同頻率的正弦波信號(hào)輸出。為了使輸出電壓穩(wěn)定，須采用穩(wěn)幅措施。用集成運(yùn)放構(gòu)成電壓比較器，將正弦波信號(hào)變換成方波信號(hào)輸出。用運(yùn)放構(gòu)成積分電路，將方波信號(hào)變換成三角波或鋸齒波信號(hào)輸出。 圖1 多種波形發(fā)生器原理框圖 整個(gè)電路主要是由4大部分組成，即文氏電橋振蕩器，方波形成電路，三角波形成電路以及交流電變直流電源部分。四、自己所負(fù)責(zé)的單元電路的設(shè)計(jì)我們一組在本次實(shí)驗(yàn)中，分工明確。主要把實(shí)驗(yàn)分為四塊協(xié)作完成分別為：1.橋式整流電路部分，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電 2.正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波 3. 用施密特觸發(fā)器輸出方波 4.用積分電路輸出三角波。 我主要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)文氏電橋振蕩器電路用來(lái)產(chǎn)生正弦波。 通過(guò)上網(wǎng)查閱資料，我了解到了 RC正弦波振蕩電路有兩部分組成，其中一部分為放大電路，另一部分為選頻網(wǎng)絡(luò)以達(dá)到輸出的各種波形工作頻率范圍0.02 Hz20 kHz連續(xù)可調(diào)的目的。 其原理圖如下所示：圖中，左邊框中的內(nèi)容為選頻網(wǎng)絡(luò)，右邊框中的內(nèi)容為放大電路。文氏橋正弦波發(fā)生器是由集成運(yùn)放和文氏橋反饋電路組成的。圖中，C1,R3和C2,R4是文氏橋的兩臂，構(gòu)成正反饋電路；電阻R1和R2構(gòu)成負(fù)反饋電路；振蕩條件由兩個(gè)反饋電路的參數(shù)決定。文氏橋正弦波發(fā)生器用來(lái)產(chǎn)生低頻正弦信號(hào)。為便于起振，要適當(dāng)削弱負(fù)反饋，即R1比理論值略大些或R2比理論值略小些。 根據(jù)如上原理圖，我設(shè)計(jì)了文氏電橋振蕩器電路，并使用Multisim對(duì)該單元電路功能進(jìn)行仿真測(cè)試。 最上方為選頻網(wǎng)絡(luò)，考慮到輸出正弦波的穩(wěn)定，我在文氏電橋振蕩器電路中增加了穩(wěn)壓的部分，以達(dá)到輸出正弦波穩(wěn)定的作用。其穩(wěn)壓的工作原理如下：1） 當(dāng)6端即輸出端的輸出電壓增大時(shí)，由于二極管的單向?qū)щ娦院蛯?dǎo)電后鉗位的特點(diǎn)，輸出端電壓增加便會(huì)導(dǎo)致2端即反相輸入端的電壓的增加，使V3-V2的值減小，從而使輸出適當(dāng)?shù)淖冃?，以達(dá)到穩(wěn)壓的目的。2） 同理，當(dāng)6端即輸出端的輸出電壓減小時(shí)，由于二極管的單向?qū)щ娦院蛯?dǎo)電后鉗位的特點(diǎn)，輸出端電壓減小便會(huì)導(dǎo)致2端即反相輸入端的電壓的減小，使V3-V2的值增加，從而使輸出適當(dāng)?shù)脑黾?，以達(dá)到穩(wěn)壓的目的。此文氏電橋振蕩器電路輸出的正弦波形如下：如圖所示,正弦波幅值在誤差允許的范圍內(nèi)，失真度小于1.5五設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的各種問(wèn)題在設(shè)計(jì)中，我遇到的問(wèn)題有：1）在如上圖所示的文氏電橋振蕩器電路中，頻率不能達(dá)到連續(xù)可調(diào)。根據(jù)式：。于是我想到用可變電阻代替原來(lái)的定值電阻，通過(guò)改變電阻的阻值，使頻率能在一定范圍內(nèi)連續(xù)可變。2）由于起初的輸出不穩(wěn)定，我想到了使用二極管單向?qū)щ姾豌Q位的特性，從而達(dá)到了穩(wěn)定輸出的目的。六使用Multisim對(duì)總體電路功能進(jìn)行仿真測(cè)試首先對(duì)各部分電路進(jìn)行分析1）將220V的交流電經(jīng)過(guò)單相橋式整流電路變換為直流電部分單相橋式整流電路原理圖如下：其利用了二極管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娮優(yōu)橹绷麟姡⒔?jīng)過(guò)電容的濾波，使其變得平穩(wěn)。Multisim仿真圖：將220v交流電轉(zhuǎn)為直流電源：2）用施密特觸發(fā)器使正弦波信號(hào)通過(guò)變換電路得方波輸出部分如圖，為使用555電路設(shè)計(jì)的施密特觸發(fā)器用來(lái)輸出方波。Multisim仿真圖：輸出的方波波形：3） 使用積分電路將方波轉(zhuǎn)換為三角波部分。其原理圖如下：Multisim仿真圖：輸出三角波波形：最終將各部分電路組合成多種波形發(fā)生器如圖,為我們?cè)O(shè)計(jì)的多種波形發(fā)生器，能產(chǎn)生三種波形：正弦波，方波和三角波。其中由兩個(gè)單相橋式整流電路為電路提供直流電源。下部分別為文氏電橋振蕩器電路，施密特觸發(fā)器電路和積分電路。分別輸出正弦波，方波和三角波。如圖，兩個(gè)示波器顯示如下：輸出方波和正弦波：輸出三角波：七.其他方案方案二：利用單片函數(shù)發(fā)生器568038靈活地組成各種波形產(chǎn)生電路其原理簡(jiǎn)述：如圖中所示，電壓比較器C1、C2的門(mén)限電壓分別為2VR/3和VR/3（ 其中VR=VCC+VEE），電流源I1和I2的大小可通過(guò)外接電阻調(diào)節(jié)，且I2必須大于I1。當(dāng)觸發(fā)器的Q端輸出為低電平時(shí)，它控制開(kāi)關(guān)S使電流源I2斷開(kāi)。而電流源I1則向外接電容C充電，使電容兩端電壓vC隨時(shí)間線性上升，當(dāng)vC上升到vC=2VR/3 時(shí)，比較器C1輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出Q端由低電平變?yōu)楦唠娖剑刂崎_(kāi)關(guān)S使電流源I2接通。由于I2I1 ，因此電容C放電，vC隨時(shí)間線性下降。當(dāng)vC下降到vCVR/3 時(shí)，比較器C2輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端Q又由高電平變?yōu)榈碗娖?，I2再次斷開(kāi)，I1再次向C充電，vC又隨時(shí)間線性上升。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。若I2=2I1 ，vC上升時(shí)間與下降時(shí)間相等，就產(chǎn)生三角波輸出到腳3。而觸發(fā)器輸出的方波，經(jīng)緩沖器輸出到腳9。三角波經(jīng)正弦波變換器變成正弦波后由腳2輸出。當(dāng)I1I22I1 時(shí)，vC的上升時(shí)間與下降時(shí)間不相等，管腳3輸出鋸齒波。因此，8038能輸出方波、三角波、正弦波和鋸齒波等四種不同的波形。八心得體會(huì) 通過(guò)對(duì)多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我把理論聯(lián)系到實(shí)際，把這個(gè)學(xué)期所學(xué)的模擬電路的知識(shí)和數(shù)字電路的知識(shí)真正在實(shí)踐中聯(lián)系起來(lái)。而且通過(guò)對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書(shū)本上的知識(shí)，明白了學(xué)以致用的真諦。也明白老師為什