方波三角波波形發(fā)生器的設計

1、課程設計的目的計算機電子線路制圖課程設計是學習課程之后的綜合性實踐教學環(huán)節(jié)。目的是通過解決簡單的實際問題鞏固和加深在計算機電子線路制圖課程中所學的理論知識和實驗技能。訓練學生綜合運用學過的電子設計自動化技術基礎知識，在教師指導下完成查找資料，選擇、論證方案，設計電路，運行仿真，設計印制電路板，分析結果，撰寫報告等工作。使學生初步掌握利用電子設計自動化工具設計電子電路的一般方法步驟，通過理論聯(lián)系實際提高和培養(yǎng)學生分析、解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學習、畢業(yè)設計和畢業(yè)后工作打下一定的基礎。關鍵詞：方波、三角波、積分器、比較器一、設計方案論證1、概述 由集成運放構成的方波和三角波發(fā)生器

2、的電路形式很多，但通常由滯回比較器和積分電路構成。按積分電路的不同，又可以分為兩種類型：一類是由普通的rc積分電路組成，另一類由恒流充放電的積分電路和滯回比較器組成。 常用的方波和三角波發(fā)生電路是由集成運放組成的積分器和滯回比較器組成的，由于采用了由集成運算放大器組成弄鬼的積分器，電容c始終處在恒流充放電狀態(tài)，使三角波和方波的性能得到很大的改善，不僅能得到線性度較理想的三角波，而且也便于調節(jié)振蕩頻率和幅度。1.1設計任務：設計制造能產生方波、三角波的波形發(fā)生器并制作電路板1.2設計要求：1、頻率在200hz- 2khz且連續(xù)可調2、方波幅值為15v3、三角波幅值為20v4、各種波形幅值均連續(xù)可

3、調5、組裝和調試設計的電路，使電路產生振蕩輸出。頻率穩(wěn)定度較高。當輸出波形穩(wěn)定且不失真時，測量輸出頻率的上限和下限。檢驗該電路是否滿足設計指標，若不滿足，改變電路參數(shù)值，產生方波、三角波的方案有多種，本次實驗主要采用由電壓比較器和積分器同時產生方波和三角波。其中電壓比較器產生方波，對其輸出波形進行一次積分產生三角波。該電路的優(yōu)點是十分明顯的：1、線性良好、穩(wěn)定性好；2、頻率易調，在幾個數(shù)量級的頻帶范圍內，可以方便地連續(xù)地改變頻率，而且頻率改變時，幅度恒定不變；3、三角波和方波在半周期內是時間的線性函數(shù)，易于變換其他波形。二 單元電路設計1電路結構rc振蕩電路方波發(fā)生三角波產生比較電路積分電路

4、方波-三角波發(fā)生電路組成框 圖一 方波三角波原理框圖2 單元電路設計與參數(shù)計算1、方波產生電路因為方波電壓只有兩種狀態(tài)，不是高電平、就是低電平。所以電壓比較器是它的重要組成部分。它由反相輸入的滯回比較器和rc電路組成。rc回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡，通過rc充、放電實現(xiàn)使輸出狀態(tài)自動地相互轉換。 圖1 方波發(fā)生電路圖 圖 2三角波發(fā)生電路 2、三角波發(fā)生電路三角波電路波形可以通過積分電路實現(xiàn)，把方波電壓作為積分運算電路的輸入，在積分運算電路的輸出就得到了三角波。1）集成運放的選擇 由于方波的前后沿時間和滯回比較器的轉換速率有關，當方波頻率很高或方波前、后沿要求較高時，應選擇高速集成運算

5、放大器來組成滯回比較器。（2）穩(wěn)壓管的選擇穩(wěn)壓管的作用是限制和確定方波的幅度。此外，方波幅度和寬度的對稱性也與穩(wěn)壓管的對稱性有關。為了得到穩(wěn)定而且對稱的方波輸出，通常選用高精度雙向穩(wěn)壓管。r3是穩(wěn)壓管的限流電阻，其值根據(jù)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電流來確定。（3）分壓電阻r1和r2的阻值的確定r1和r2的作用是提供一個隨輸出方波電壓而變化的基準電壓，并由此決定三角波的輸出幅度。所以r1和r2的阻值應根據(jù)三角波輸出幅度的要求來確定。而且當要求三角波的幅度可以調節(jié)時，可以選擇用電位器來代替r1、r2。（4）積分元件r和c參數(shù)的確定r和c的值應根據(jù)方波和三角波發(fā)生器的振蕩頻率來確定。當分壓的電阻r1和r2的阻值確

6、定后，先選擇電容c的值，然后確定r的值。而且為了減小積分漂移，應盡量將電容c的值取大些。但是電容量大的電容漏電也大，所以通常積分電容應不超過1uf3、選定儀器列表結構名稱符號標識個數(shù)滯回比較器電阻r1、r2、r33個集成運放a1個穩(wěn)壓管d1、d22個積分電路電阻r4、r52個集成運放b1個電容c1個表一：儀器列表4、參數(shù)計算 1 方波周期、頻率計算：t=2rcln(1+2r1/r2) f=1/t副值：ut=r1/(r1+r2) *uz 三角波副值：ut=uz*r1/r2周期、頻率計算：t=4*r1*r4*c/r2 f=r2/(4*r1*r4*c)2 針對本設計選擇的參數(shù)是起始時間為0終止時間為

7、10ms步長為20ns最大步長為200ns三 仿真分析原理圖 圖3 電路原理圖 1、仿真元件列表元件名稱標號說明參數(shù)型號封裝形式所屬元件庫lm324nuaub集成運算放大器dip-14/d19.7ltoperational amplifier.intlibres2r1、r2電阻40kaxial-0.4miscellaneous devices.intlibr32kr4、r530k1n5233bd1、d2穩(wěn)壓管dio7.1-3.9x1.9fsc discrete diode.intlibcapc電容0.01ufrad-0.3miscellaneous devices.intlibvsrcvccv

8、ee電源15v-15v 表二：仿真元件列表四 仿真分析方案1、仿真類型及參數(shù)1）對于本題目的設計重點是觀測vo1和vo2的波形，所以選擇的仿真類型是瞬態(tài)分析針對瞬態(tài)分析主要包括以下特點：它用于求電路的時域響應；在其中可以設置start time ,end time,step time,max step time等。而且最重要的是它的分析結果是以波形圖的形式顯示，這一點符合本設計要求。由于所有信號產生的頻率都與方波和三角波產生模塊所設置的頻率一致，故所有產生的波信的頻率都可以有所保證。此電路設計符合設計要求。從數(shù)據(jù)紀錄中可以看出存在誤差頻率最小值誤差: 200hz - 192.3hz = 7.7

9、hz； 最大值誤差： 2.193k 2k = 0.193k方波幅值誤差：15v 13.6v = 1.4v三角波幅值誤差：20v 20v = 0v （1） 調試輸出波形方波v01 三角波vo2 02）數(shù)據(jù)記錄測量項目頻率方波幅值三角波幅值minmax指標值200hz2khz15v20v實際測量值192.3hz2.193khz13.6v20v四 仿真分析波形完成實物圖，然后使用雙蹤示波器測量驗證，觀察輸出波形、幅值、頻率參數(shù)是否符合要求，并記錄數(shù)據(jù)。4.1仿真調試輸出波形 4.2 兩波形仿真圖形比較五 誤差分析仿真軟件的元器件值不可能絕對的精確造成仿真結果會有一定的非可見誤差，另外參數(shù)的設置問題以及小數(shù)點的取舍都是影響結果的因素，而且人眼觀察也是有一定的誤差的，因此仿真結果會與理論值有一定差別也是可以允許的。六 印制電路板圖九：自動布線圖圖十：印制電路板3d顯示圖十一：布線框架圖顯示七 設計心得 通過這次對波形發(fā)生器的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于波形發(fā)生器的原理與設計理念，要設計一個電路總要先用仿真，仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，在實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為元器件本身的特性而能夠成功。所以，在設計時應考慮兩者的差異，從中找出最適合的設計方法。在這次實習過程中，讓