電氣與自動化工程學院課程設計評分表方波產生與波形變換電路

1、電氣與自動化工程學院課程設計評分表電氣與自動化工程學院課程設計評分表 課程設計題目： 方波產生與波形變換電路 班級： 學號： 姓名： 項目評分比例得分 課程設計出勤10% 課程設計態(tài)度20% 課程設計報告40% 課程設計答辯30% 課程設計總成績 指導老師： 2013 年 1 月 日 常熟理工學院電氣與自動化工程學院常熟理工學院電氣與自動化工程學院 課程設計說明書課程設計說明書 課程名稱： 電子技術課程設計 設計題目： 方波產生與波形變換電路 班級： 姓名： 學號： 指導老師： 設計時間： 目錄目錄 1 電子技術課程設計任務書 .3 2 總體設計方案.5 2.1 方波產生電路的方案選擇 .5

2、2.2 方波三角波轉換電路的方案選擇 .6 2.3 三角波正弦波轉換電路的方案選擇 .6 3 各組成部分的設計及其原理.7 3.1 方波發(fā)生電路的設計及其原理 .7 3.2 方波-三角波轉換電路的設計及其原理 .8 3.3 三角波-正弦波轉換電路的設計及其原理 .9 4 元器件的選擇及相關數據、參數的計算.10 5 總體電路原理圖及整個電路的工作原理.11 6 電路仿真圖及其工作波形.12 6.1 方波產生電路仿真圖及波形 .12 6.2 總電路仿真圖及波形 .13 7 收獲和體會.16 8 參考文獻.17 1 電子技術課程設計任務書電子技術課程設計任務書 課題名稱：方波產生和波形變換電路課題

3、名稱：方波產生和波形變換電路 1.1 設計目的設計目的 1.1.1 了解集成運放電路的組成和使用； 1.1.2 了解集成運放幾種典型應用電路的工作原理； 1.1.3 掌握利用運算放大器設計方波產生電路、波形變換電路和調試的方法。 1.2 設計內容與要求設計內容與要求 1.2.1 利用多個運算放大器設計一個方波產生和波形變換電路； 1.2.2 對產生的方波信號的幅度和頻率不做統(tǒng)一規(guī)定，請自行設計，產生的方波 信號經積分電路得到三角波，再對三角波進行有源低通濾波，最終得到正弦波； 1.2.3 電路工作電源為12v； 1.2.4 畫出電路圖，寫出完整的報告； 1.2.5 用面包板搭出電路，并調試之。

4、 1.3 總體方案參考總體方案參考 方波 產生 電路 低通 濾波 電路 示波 器顯 示 積分 電路 1.4. 設計報告內容要求設計報告內容要求 1.4.1 寫出你考慮該問題的基本設計思路，畫出一個實現(xiàn)電路功能的大致框圖。 1.4.2.畫出框圖中的各部分電路，只允許采用運放芯片實現(xiàn)方波產生、波形變 換和低通濾波。對各部分電路的工作原理應作出說明。 1.4.3.畫出整個設計電路的原理電路圖，并簡要地說明電路的工作原理。 1.4.4.評分依據：設計思路；單元電路正確與否；整體電路是否完整； 電路原理說明是否基本正確；報告是否清晰；答辯過程中回答問題是 否基本正確。 1.5. 課程設計說明書的格式課程

5、設計說明書的格式 1.5.1 評分表 1.5.2 封面 1.5.3 目錄 1.5.4 正文 （1）課程設計任務書； （2）總體設計方案（畫出一個實現(xiàn)電路功能的大致框圖） ； （3）單元電路（各組成部分電路）設計及其原理說明； （4）元器件的選擇及其相關技術數據、參數的計算； （5）總體電路原理圖及整個電路的工作原理。 1.5.5 課程設計中的收獲和體會 1.5.6 參考文獻 2 總體設計方案總體設計方案 完成方波產生和波形變換的電路設計。首先，設計一方波發(fā)生電路產生方 波，然后，產生的方波通過方波三角波轉換電路轉換為三角波，其次產生的 三角波通過三角波正弦波轉換電路轉換為正弦波，并通過示波器顯

6、示出來。 實現(xiàn)電路功能的大致框圖如下： 方波 產生 電路 方波三 角波轉 換電路 三角波 正弦波 轉換電路 示波器 顯示 圖 2-1 總體設計框圖 2.1 方波產生電路的方案選擇方波產生電路的方案選擇 方波產生電路有以下兩種方案可供選擇： 方案一：由電壓（滯回）比較器及其外圍電路組成的方波產生電路。滯回 比較器又稱施密特觸發(fā)器，這種比較器的特點是當輸入信號 ui 逐漸增大或逐漸 減小時，它有兩個閾值，且不相等，其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀。 方案二：由 555 定時器及其外圍電路組成的方波產生電路。555 定時器是 一種多用途的數字模擬混合集成電路，它的功能主要由兩個比較器決定。兩 個比較

7、器的輸出電壓控制 rs 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電 壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 a1 的反相輸入端的電壓為 2vcc /3，a2 的同相輸入端的電壓為 vcc /3。若觸發(fā)輸入端 tr 的電壓小于 vcc /3，則比較 器 a2 的輸出為 1，可使 rs 觸發(fā)器置 1，使輸出端 out=1。如果閾值輸入端 th 的電壓大于 2vcc/3，同時 tr 端的電壓大于 vcc /3，則 a1 的輸出為 1，a2 的輸出為 0，可將 rs 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 將方案一與方案二對比后，我選擇了方案二，即由 555 定時器組成的方波 產生電路。之所以選擇方案二，是因

8、為 555 定時器成本低，性能可靠，只需要 外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器脈沖產生與變換電路，在實際電 路實驗中易于滿足要求。 2.22.2 方波方波三角波轉換電路的方案選擇三角波轉換電路的方案選擇 方波三角波轉換電路，我就采用了 rc 積分電路，此電路簡單實用，在電 路設計中易于實現(xiàn)、滿足要求。 2.32.3 三角波三角波正弦波轉換電路的方案選擇正弦波轉換電路的方案選擇 三角波正弦波轉換電路有以下兩種方案可供選擇： 方案一：由差分放大電路組成的三角波正弦波轉換電路，差分放大電路 具有工作穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強，特別是作為直流放大時，可以 有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很

9、低的三角波變成正弦波，有效的利用了 差分放大傳輸特性曲線的非線性。缺點：差分放大電路比較復雜，布局中有較 多的晶體管，在實際電路設計中不易實現(xiàn)。 方案二：由二階低通濾波電路組成的三角波正弦波轉換電路，低通濾波 電路的設計較為簡單，在實際中易于設計，減少工作量，且能完成預定的工作 要求。 將方案一與方案二對比后，我選擇了方案二，即二階低通濾波電路組成的 三角波正弦波轉換電路。 3 各組成部分的設計及其原理各組成部分的設計及其原理 3.13.1 方波發(fā)生電路的設計及其原理方波發(fā)生電路的設計及其原理 方波發(fā)生電路采用 555 定時器與外圍元件構成多諧振蕩器，來產生方波。 圖 3-1 555 定時器組

10、成的多諧振蕩器 用 555 定時器組成的多諧振蕩器如圖 3-1 所示。接通電源后，電容 c2被充 電，當電容 c2上端電壓 vc 升到 2vcc/3 時使 555 第 3 腳 v0為低電平，同時 555 內放電三極管 t 導通，此時電容 c2通過 r3、rp 放電，vc 下降。當 vc 下 降到 vcc/3 時，v0翻轉為高電平。電容器 c2放電所需的時間為： tpl= ( r3 +rp) c2ln2 (3-1) 當放電結束時，t 截止，vcc 將通過 r1、r3、rp 向電容器 c2 充電，vc 由 vcc/3 上升到 2vcc/3 所需的時間為： tph= (r1+r3+ rp) c2ln

11、2=0.7( r1+r3+ rp) c2 (3-2) 當 vc 上升到 2vcc/3 時，電路又翻轉為低電平。如此周而復始，于是，在 電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波。電路的工作波形如圖 4，其震蕩頻 率為： f=1/（tpl+tph）=1.43/(r1+2r3+2rp) c2 (3-3) 圖 3-2 由 555 定時器組成的多諧振蕩器工作波形 3.23.2 方波方波-三角波轉換電路的設計及其原理三角波轉換電路的設計及其原理 方波-三角波轉換電路采用積分電路將方波轉換為三角波。積分電路及其 工作波形如圖 3-3 所示。 圖 3-3 積分電路產生三角波 rc 積分電路是一種應用比較廣泛的模擬

12、信號運算電路。在自動控制系統(tǒng)中， 常用積分電路作為調節(jié)環(huán)節(jié)。此外，rc 積分電路還可以用于延時、定時以及各 種波形的產生或變換。由 555 定時器組成的多諧振蕩器輸出的方波經 c4 耦合 輸出，如圖 3-3 所示為 rc 積分電路，再經 r 與 c 積分，構成接近三角波。其 基本原理是電容的充放電原理。 3.33.3 三角波三角波-正弦波轉換電路的設計及其原理正弦波轉換電路的設計及其原理 三角波-正弦波轉換電路采用低通濾波電路將三角波轉換為正弦波。低通 濾波電路如圖 3-4 所示。 圖 3-4 低通濾波電路 低通濾波電路是容許低于截止頻率的信號通過， 但高于截止頻率的信號不 能通過的電路。 4

13、 4 元器件的選擇及相關數據、參數的計算元器件的選擇及相關數據、參數的計算 元器件的選擇清單如下表 1。方波的周期為 t= tpl + tph =(r1+2r3+2rp) c2 ln2， 頻率 f=1/t。方波電壓幅值為5v。 表 1 元器件的選擇清單 類型規(guī)格數量備注 0.51k1 1k1 62k1 電阻 1k3 滑動變阻器20k1 芯片555 芯片1 電容100uf1 10uf1 1uf1 0.1uf2 0.01uf2 發(fā)光二極管led1 5 5 總體電路原理圖及整個電路的工作原理總體電路原理圖及整個電路的工作原理 總體電路原理圖如圖 5-1 所示?？傠娐穲D的原理：555 定時器接成多諧振

14、 蕩器工作形式，c2 為定時電容，c2 的充電回路是 r2r3rpc2；c2 的放電 回路是 c2rpr3ic 的 7 腳(放電管)。由于 r3+rpr2，所以充電時間常數 與放電時間常數近似相等，由 ic 的 3 腳輸出的是近似對稱方波。按圖所示元件 參數，其頻率為 1khz 左右，調節(jié)電位器 rp 可改變振蕩器的頻率。方波信號經 r4、c5 積分網絡后，輸出三角波。三角波再經 r5、c6 積分網絡，輸出近似的 正弦波。c1 是電源濾波電容。發(fā)光二極管 vd 用作電源指示燈。 圖 5-1 總體電路原理圖 6 電路仿真圖及其工作波形電路仿真圖及其工作波形 6.1 方波產生電路仿真圖及波形方波產

15、生電路仿真圖及波形 在繪制仿真電路圖時，首先繪制了方波產生電路仿真圖，如圖 6-1 所示， 產生了如圖 6-2 所示的工作波形，從圖上可以看出，方波波形基本符合要求， 不失真。 圖 6-1 方波產生電路仿真圖 圖 6-2 方波產生電路的工作波形 6.26.2 總電路仿真圖及波形總電路仿真圖及波形 圖 6-3 仿真電路總圖 圖 6-4 總電路圖產生的方波 圖 6-5 總電路圖產生的三角波 圖 6-6 總電路圖產生的正弦波 仿真電路總圖如圖 6-3 所示，總電路產生了分別如圖 6-4 所示的方波，如 圖 6-5 所示的三角波，如圖 6-6 所示的正弦波。從圖上可以看出，電路產生的 波形都有些失真，

16、尤其三角波失真較嚴重。三角波產生電路采用的是 rc 積分 電路，它是一個模擬信號運算電路，運用的是電容 c 充放電原理，產生的波形 易于失真。 7 7 收獲和體會收獲和體會 為期一個星期的課程設計已經結束，通過對此課程的設計，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。增強了如何運用所學的知識去 解決實際的問題的能力，并提高了提高動手能力。在這次課程設計中讓我學會 了如何設計電路，了解了電路是如何產生信號處理信號的。要得出自己所要的 波形，需要不斷的進行調試，一遍遍的嘗試，最后終于得出了所要的波形。最終也完 成了

17、此次課程設計，基本上達到了老師的要求，雖然過程看起來 是艱苦的，但最 后的結果是令人喜悅的。在此次課程設計中遇到了不少難題，通過查閱資料和 同學間的相互幫助，都一一解決。 在此，要感謝我的指導老師，我的指導老師在百忙之中抽出時間指導我的 課程設計，并耐心輔導。也要謝謝我的同學們，感謝他們給予我的幫助，我才 能得以完成這次課程設計。這次課程設計也讓我懂得了團結合作的重要性，讓 我學會了與人協(xié)作，提高工作效率，為以后的工作與學習打下了一定的基礎。 8 參考文獻參考文獻 1 康華光主編.電子技術基礎（數字部分） m.第五版.北京：高等教育出 版社，2006.414-424 2 稻葉保主編.振蕩電路的設計與應用m.北京：科學出版社，2004.29- 99 3 王立欣，楊春玲主編.電子技術實驗與課程設計m.哈爾濱：哈爾濱工 業(yè)大學