電子課程設(shè)計-多種波形發(fā)生器報告.doc

課題名稱 多種波形發(fā)生器 課題代碼 203 院（系） 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學 生 時 間 指導(dǎo)教師簽名： 教研室主任（系主任）簽名： 一 設(shè)計目的1、了解并掌握電子電路的一般設(shè)計方法，具備初步的獨立設(shè)計能力。2、通過查閱手冊和文獻資料，進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選用的原則；進一步掌握電子儀器的正確使用方法。3、學會使用EDA軟件Multisim對電子電路進行仿真設(shè)計。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、提高綜合運用所學的理論知識獨立分析和解決問題的能力，學會撰寫課程設(shè)計總結(jié)報告；培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。二設(shè)計內(nèi)容、要求及設(shè)計方案1、任務(wù)設(shè)計并制作能產(chǎn)生方波、三角波及正弦波等多種波形信號輸出的波形發(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)計電路所需的直流電源。3、總體方案設(shè)計 1）設(shè)計思路 波形產(chǎn)生電路通常可采用多種不同電路形式和元器件獲得所要求的波形信號輸出。波形產(chǎn)生電路的關(guān)鍵部分是振蕩器，而設(shè)計振蕩器電路的關(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，正弦波信號通過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及集成定時器555/556等可靈活地組成各種波形產(chǎn)生電路。三、設(shè)計方案 1）設(shè)計方案 此次，多種波形發(fā)生器的實驗，從設(shè)計思路可以看出，主要用到了正弦波振蕩器，施密特觸發(fā)器，積分電路等?；诒緦W期我們已經(jīng)掌握的模擬電路課程的知識。經(jīng)過我們小組討論，我們覺得我們對于正弦波振蕩器，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)計方案：1.將220V的交流電經(jīng)過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娮饔茫虼硕O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)器使正弦波信號通過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輸出。為了使輸出電壓穩(wěn)定，須采用穩(wěn)幅措施。用集成運放構(gòu)成電壓比較器，將正弦波信號變換成方波信號輸出。用運放構(gòu)成積分電路，將方波信號變換成三角波或鋸齒波信號輸出。 圖1 多種波形發(fā)生器原理框圖 整個電路主要是由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、自己所負責的單元電路的設(shè)計我們一組在本次實驗中，分工明確。主要把實驗分為四塊協(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。 我主要負責設(shè)計文氏電橋振蕩器電路用來產(chǎn)生正弦波。 通過上網(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)成負反饋電路；振蕩條件由兩個反饋電路的參數(shù)決定。文氏橋正弦波發(fā)生器用來產(chǎn)生低頻正弦信號。為便于起振，要適當削弱負反饋，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)計了文氏電橋振蕩器電路，并使用Multisim對該單元電路功能進行仿真測試。 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6端即輸出端的輸出電壓增大時，由于二極管的單向?qū)щ娦院蛯?dǎo)電后鉗位的特點，輸出端電壓增加便會導(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?shù)淖冃。赃_到穩(wěn)壓的目的。2） 同理，當6端即輸出端的輸出電壓減小時，由于二極管的單向?qū)щ娦院蛯?dǎo)電后鉗位的特點，輸出端電壓減小便會導(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?shù)脑黾樱赃_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)計過程中所遇到的各種問題在設(shè)計中，我遇到的問題有：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的定值電阻，通過改變電阻的阻值，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，從而達到了穩(wěn)定輸出的目的。六使用Multisim對總體電路功能進行仿真測試首先對各部分電路進行分析1）將220V的交流電經(jīng)過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?，并?jīng)過電容的濾波，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)器使正弦波信號通過變換電路得方波輸出部分如圖，為使用555電路設(shè)計的施密特觸發(fā)器用來輸出方波。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,為我們設(shè)計的多種波形發(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)生電路其原理簡述：如圖中所示，電壓比較器C1、C2的門限電壓分別為2VR/3和VR/3（ 其中VR=VCC+VEE），電流源I1和I2的大小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，且I2必須大于I1。當觸發(fā)器的Q端輸出為低電平時，它控制開關(guān)S使電流源I2斷開。而電流源I1則向外接電容C充電，使電容兩端電壓vC隨時間線性上升，當vC上升到vC=2VR/3 時，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_關(guān)S使電流源I2接通。由于I2I1 ，因此電容C放電，vC隨時間線性下降。當vC下降到vCVR/3 時，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，I1再次向C充電，vC又隨時間線性上升。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。若I2=2I1 ，vC上升時間與下降時間相等，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I1I22I1 時，vC的上升時間與下降時間不相等，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 通過對多種波形發(fā)生器的設(shè)計，我把理論聯(lián)系到實際，把這個學期所學的模擬電路的知識和數(shù)字電路的知識真正在實踐中聯(lián)系起來。而且通過對此課程的設(shè)計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也鞏固了以前知道的知識。最重要的是在實踐中理解了書本上的知識，明白了學以致用的真諦。也明白老師為什