方波發(fā)生器項目報告

1、信電學院電子信息工程專業(yè)CDIO二級項目項目設計說明書（2012/2013學年第二學期）項目名稱 ： 電子技術設計及仿真 專業(yè)班級 ： 學生姓名 ： 學 號： 指導教師 ：馬永強 、馬小進、吳開興 設計周數(shù) ： 1周 設計成績 ： 2013年 7 月 12 日目 錄1項目設計目的及任務12 方案比較與選擇12.1 方案一原理框圖12.2方案二原理框圖12.3 函數(shù)發(fā)生器的選擇方案23 電路仿真與分析23.1 電路仿真23.1.1仿真軟件23.1.2仿真過程23.1.2.1仿真電路23.1.2.2仿真過程分析43.2 電路分析43.2.1電路工作原理43.2.2 方波-三角波轉換電路的工作原理5

2、3.2.3三角波-正弦波轉換電路的工作原理53.3直流穩(wěn)壓電源63.4二階高通濾波器64討論及進一步研究建議75項目設計心得76參考文獻71項目設計目的及任務設計目的：設計高通濾波器主要任務：1、根據(jù)技術要求和現(xiàn)有開發(fā)環(huán)境，分析項目題目；2、設計系統(tǒng)實現(xiàn)方案；3、設計繪制電路原理圖并選擇元器件，并用Multisim或proteus仿真；4、記錄結果、修改并完善設計；5、編寫報告2 方案比較與選擇2.1 方案一原理框圖 圖2.1 方波、三角波、正弦波、信號發(fā)生器的原理框圖首先由555定時器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波，然后由積分電路將方波轉化為三角波，最后用低通濾波器將方波轉化為正弦波，但這樣的輸出

3、將造成負載的輸出正弦波波形變形，因為負載的變動將拉動波形的崎變。2.2方案二原理框圖正弦波方波三角波積分電路電壓比較器RC正弦波振蕩電路 圖2.2 正弦波、方波、三角波信號發(fā)生器的原理框圖RC正弦波振蕩電路、電壓比較器、積分電路共同組成的正弦波方波三角波函數(shù)發(fā)生器的設計方法，電路框圖如上。先通過RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，再通過電壓比較器產(chǎn)生方波，最后通過積分電路形成三角波。此電路具有良好的正弦波和方波信號。但經(jīng)過積分器電路產(chǎn)生的同步三角波信號，存在難度。原因是積分器電路的積分時間常數(shù)是不變的，而隨著方波信號頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度同時改變。若要保持三角波幅度不變，需同時改變積分

4、時間常數(shù)的大小。2.3 函數(shù)發(fā)生器的選擇方案函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件(如低頻信號函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調試技術，本課題未采用單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038。 方案一的電路結構、思路簡單，運行時性能穩(wěn)定且能較好的符合設計要求，且成本低廉、調整方便，關于輸出正弦波波形的變形，可以通過可變電阻的調節(jié)來調整。而方案二，關于三角波的缺陷，不是能很好的處理，且波形質量不太理想，且

5、頻率調節(jié)不如方案一簡單方便。綜上所述，我們選擇方案一。3 電路仿真與分析 3.1 電路仿真 3.1.1仿真軟件 NI Multisim軟件是一個專門用于電子電路仿真與設計的EDA工具軟件。作為 Windows 下運行的個人桌面電子設計工具，NI Multisim 是一個完整的集成化設計環(huán)境。NI Multisim計算機仿真與虛擬儀器技術可以很好地解決理論教學與實際動手實驗相脫節(jié)的這一問題。 3.1.2仿真過程3.1.2.1仿真電路總電路圖如圖3.1所示，分別是方波發(fā)生器，積分器和負反饋放大部分圖3.1 仿真電路圖 其中我負責的部分是占空比可調方波發(fā)生器圖3.2 方波發(fā)生器圖3.3方波-三角波仿

6、真圖3.4方波-正弦波仿真 圖3.3和3.4是方波分別積分成三角波、正弦波的仿真圖。 3.1.2.2仿真過程分析用XSC2分別連接方波、三角波、正弦波輸出端即可輸出波形。用XSC2即可仿真出方波。調節(jié)R2百分比大小就能調節(jié)占空比。 3.2 電路分析 3.2.1電路工作原理圖3.5方波發(fā)生器原理 方波發(fā)生電路原理：如圖3.4由于電路中二極管DA、DB的單向導電性，使電容C的充放電回路分開，調節(jié)電位器，就可以調節(jié)多諧振蕩器的占空比。圖中Vcc通過RA、D1向電容C充電，充電時間為 tph0.7RAC (3-1)電容器C通過D2、RB及555中三極管T放電，放電時間為 tph0.7RBC (3-2)

7、因而振蕩頻率為 f=1/tph+tp11.43/(RA+RB)C (3-3)電路輸出波形的占空比為 q(%)=RA/(RA+RB)×100% （3-4） 令C=0.1uf, f=500Hz 由公式 f=1/tph+tp11.43/(RA+RB)C (3-5)可知 RA+RB=24.3kHz （3-6） 再令R1=R3=1K,R2=12.3k, 最小占空比q(%)4.1% ,最大占空比q(%)54.7%,可調范圍為4.1%54.7% 3.2.2 方波-三角波轉換電路的工作原理 圖3.6 積分電路產(chǎn)生三角波 RC積分電路是一種應用比較廣泛的模擬信號運算電路。在自動控制系統(tǒng)中，常用積分電路

8、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(chǎn)生或變換。 由555定時器組成的多諧振蕩器輸出的方波經(jīng)C3耦合輸出，如圖5所示為RC積分電路，再經(jīng)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。 3.2.3三角波-正弦波轉換電路的工作原理圖3.7三角波產(chǎn)生正弦波原理圖 原理：采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。 3.3直流穩(wěn)壓電源 交流220V電壓 變壓器 穩(wěn)流橋（交流變直流） 濾波 穩(wěn)壓芯片圖3.8 直流穩(wěn)壓電源（+9V） 3.4二階高通濾波器圖3.9高通濾波器4討論及進一步研究建議 做好自己的部分后與其他組員的圖進行連接。研究信號發(fā)生原理，比較各種信號原理

9、的優(yōu)劣。在與其他部分分工的組員進行討論時又遇上很多問題，大家一起討論研究，積極解決。5項目設計心得我先是在網(wǎng)上查到了一些資料，然后我們小組一起討論了電路圖的設計以及參數(shù)計算問題，解決這些問題后，我們開始做仿真電路圖，想通過仿真結果來初步驗證我們的設計電路，但讓我吃驚是，一開始仿真失敗了，我都弄了好幾張電路圖，依然沒有波形出來，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)是由于軟件的原因，我又查了圖書館的資料，重新用軟件的示波器進行仿真，調節(jié)電阻就可調節(jié)占空比。在做項目過程中我又翻了課本了解555芯片，并在實際操作中加深理解。做好自己的部分后我與小組成員討論，共同調試，終于得出仿真圖形。在整個學習過程中我熟悉了555型集成時基電路結構、工作原理及其特點，555芯片用途及其廣泛，它除了作定時延時控制外，還可用于調光、調溫、調壓、調速等多種控制及計量檢測。最后與別的部分組合后，有時候還是會出不來波形，做濾波器的同學和我們組的成員分析電路，隨時調整參數(shù)。6參考文獻1 張肅文.高頻電子線路.高等教育出版社.2008 2 閻 石.數(shù)字電子技術基礎.高等教育出