波形發(fā)生器課程設(shè)計

1、1. 設(shè)計題目:波形發(fā)生電路2. 設(shè)計任務(wù)和要求:要求：設(shè)計并用分立元件和集成運算放大器制作能產(chǎn)生方波和三角波波形的波形發(fā)生器?；局笜?biāo)：輸出頻率分別為：102HZ、103HZ;輸出電壓峰峰值Vpp20V3. 整體電路設(shè)計1）信號發(fā)生器:信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器。按信號波形可分為正弦信號、函數(shù)（波形）信號、脈沖信號和隨機信號發(fā)生器等四大類。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波。通過模擬電子技術(shù)設(shè)計的波形發(fā)生器是一個不需要外加輸入信號，靠自身振蕩產(chǎn)生信號的電路。2）電路設(shè)計：整體電路由RC振蕩電路，反相輸入的滯回比較器和積分電路組成。理由：a）

2、矩形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；b）產(chǎn)生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；c）輸出狀態(tài)應(yīng)按一定的時間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時間。RC1蕩電路：即作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋電路，通過RC充放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。反相輸入的滯回比較器：矩形波產(chǎn)生的重要組成部分。積分電路：將方波變?yōu)槿遣ā?）整體電路框圖：為實現(xiàn)方波，三角波的輸出，先通過RC振蕩電路，反相輸入的滯回比較器得到方波，方波的輸出，是三角波的輸入信號。三角波進入積分電路，得出的波形為所求的三角波。其電

3、路的整體電路框圖如圖1所示：4）單元電路設(shè)計及元器件選擇a）方波產(chǎn)生電路根據(jù)本實驗的設(shè)計電路產(chǎn)生振蕩，通過RC電路和滯回比較器時將產(chǎn)生幅值約為12V的方波，因為穩(wěn)壓管選擇1N4742AG勺12V）。電壓比較電路用于比較模擬輸入電壓與設(shè)定參考電壓的大小關(guān)系，比較的結(jié)果決定輸出是高電平還是低電平。滯回比較器主要用來將信號與零電位進行比較，以決定輸出電壓。圖3為一種滯回電壓比較器電路，雙穩(wěn)壓管用于輸出電壓限幅，R起限流作用，R和R構(gòu)成正反饋，運算放大器當(dāng)UPUn時工作在正飽和區(qū)，而當(dāng)4Up時工作在負(fù)飽和區(qū)。從電路結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)輸入電壓Uin小于某一負(fù)值電壓時，輸出電壓uo=-UZ；當(dāng)輸入電壓Uin大于

4、某一電壓時，Uo=+U。運算放大器在兩個飽和區(qū)翻轉(zhuǎn)時Up=Un=0,由此可確定出翻轉(zhuǎn)時的輸入電壓。UP用Uin和Uo表示，有11UinUoRiR2U p 11R2UinRlUoRiR2RiR2根據(jù)翻轉(zhuǎn)條件，令上式右方為零，得此時的輸入電壓UinR1R2UoR2UZUth4所示。設(shè)輸入電壓初始值Uh稱為閾值電壓。滯回電壓比較器的直流傳遞特性如圖小于-Uh,此時Uo=-U；增大Uin,當(dāng)Uin=Uth時，運放輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，進入正飽和區(qū)。如果初始時刻運放工作在正飽和區(qū)，減小Uin,當(dāng)Uin=-Uth時，運放則開始進入負(fù)飽和區(qū)。uino-UZ圖3滯回電壓比較器uoUZuin- UthUth-UZ圖4滯

5、回電壓比較器的直流傳遞特性如果給圖3所示電路輸入三角波電壓，具幅值大于Uh,設(shè)t=0時，uo=-LZ,其輸出波形如圖5所示?？梢?，輸出為方波。圖5輸入為三角波時滯回電壓比較器的輸出波形b).方波一三角波發(fā)生電路給圖3所示的滯回電壓比較器級聯(lián)一積分電路，再將積分器的輸出作為比較器的輸入，如圖6所示。由于積分電路可將方波變?yōu)槿遣?，而比較器的輸入又正好為三角波，因此可定性判斷出，圖6電路的輸出電壓Uol為方波，Uo2為三角波，如圖7所示。圖6波波一三角波發(fā)生電路卜面分析其振蕩周期。積分器輸出電壓從-Uh增加到+Uh所需的時間為振蕩周期T的一半，由積分器關(guān)系式UthUth1RCtotoT萬（Uz）d

6、t2Uth1RC注意到UthUz,故R24RCR1R2振蕩頻率則為f工4T4RCR1圖7波波一三角波發(fā)生電路的輸出波形c）元器件選擇1）通用型集成單運放LM741CN電路所用的運放選用LM741CN,LM741CN管腳圖如圖所示，其特點是電壓適應(yīng)范圍較寬，可在土518V范圍內(nèi)選用；具有很高的輸入共模、差模電壓，電壓范圍分別為土15V和30V;內(nèi)含頻率補償和過載、短路保護電路;可通過外接電位器進行調(diào)零.波形發(fā)生器用到得腳位為2.3.4.6.7腳位2:INV.INPUT腳位3:NON-INV.INPUT腳位4:V-腳位6:OUTPUT腳位7:V+圖2LM741管腳分布2）穩(wěn)壓二極管雙穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)

7、定電壓根據(jù)方波幅值選取，由設(shè)計要求可取12伏特的穩(wěn)壓極管,本次試驗采用的1N4742A急壓二極管。3）電阻電阻R4根據(jù)雙穩(wěn)壓二極管的最大電流確定，此處可取10k,其他電阻分別有10K電阻,120K電阻和25K電阻。4）電容電容C根據(jù)振蕩頻率要求確定，本次實驗采用的100nF和10nF兩種電容。匕1N4742艇vee：t0n8)系統(tǒng)的電路總圖:5)由f2R2式,令R=25K,為達到所要求的頻率,可求得三組值:T4R3cR1當(dāng)頻率為100Hz時,R2=130KR3=130KC=10nF當(dāng)頻率為1000Hz寸,R2=130KR3=130KC=100nF6)原件功能介紹:R30VEER2-AAA130

8、kQ：-久1N4742AR10iOkCR4AA/V1OKQ：R3b130kQLM741HJ1C1,14Q1-II100nFLM741H元件數(shù)量元件數(shù)量LM741H2120K電阻210K電阻5104陶瓷電容125K電阻1103陶瓷電容11N4742A2單刀雙擲開關(guān)1錫線7)原件:4、仿真及仿真結(jié)果仿真是通過Multisim軟件進行的。仿真電路測試過程:仿真頻率為100Hz的方波和三角波的波形圖：（幅值足夠）仿真頻率為1000Hz的方波和三角波的波形圖仿真數(shù)據(jù)表三角波U1方波U2100HzM區(qū)-峰值/V25.44925.3821000HzMI-峰值/V25.44279.2955.電路焊接過程與調(diào)試

9、結(jié)果：1）方波-三角波發(fā)生電路的焊接步驟：a.把兩塊LM741CN1成運放和其他電子元件先放進電路板中布局,想清楚電路的路線，盡量少用跳線減少電路出現(xiàn)的問題；b.在焊接時注意集成運放的腳位，要對著來焊接，不能接錯，如果要用到電解電容的話，也要分清電解電容的正負(fù)；c.按圖接線，注意直流電源的正負(fù)及接地端，還有設(shè)立測試波形的兩個輸出點；d.焊接完后，要檢查電路，再重新看一次，檢查虛焊，不連通等的現(xiàn)象。2）調(diào)試產(chǎn)生方波-三角波的電路：a.接入電源后，用示波器進行雙蹤觀察；b.通過閉合開關(guān)選擇合適的電容使三角波的幅值和方波的頻率滿足指標(biāo)要求;c.觀察示波器，波形穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)。設(shè)計數(shù)據(jù):方波幅值輸出頻

10、率fl輸出頻率f2理論數(shù)據(jù)12V100Hz1000HZ仿真數(shù)據(jù)12.566V107Hz1000HZ實測數(shù)據(jù)11.911V101HZ998HZ6 .誤差分析：誤差的來源主要有系統(tǒng)誤差（固有誤差）和偶然誤差（隨機誤差）。而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因有：儀器本身的缺陷、理論公式和測量方法的近似性、環(huán)境的改變和個人存在的不良測量習(xí)慣等。系統(tǒng)誤差來源有工具誤差、裝置誤差、人身誤差、外界誤差、方法誤差等。偶然誤差主要是某種未知的偶然因素對實驗者、儀器、被測物理量的影響而產(chǎn)生的。本設(shè)計中，器件實際測量參數(shù)跟理論參數(shù)不吻合是引起誤差的最大原因。如電路中的電阻R,它影響了輸出電壓的大小，如果R取合適值，三角波和方波輸出

11、波形不失真，而R出現(xiàn)少許改變的時候，會使輸出電壓和輸出頻率出現(xiàn)很大的誤7 .總結(jié)本設(shè)計作品的優(yōu)點有如下幾點：一.電路只有一個延遲環(huán)節(jié)，延遲時間短.二.由于積分電路引入了深度電壓負(fù)反饋，所以在負(fù)載電阻相當(dāng)大的變化范圍里，三角波電壓幾乎不變.本設(shè)計作品的不足之處主要是：一.方波輸出電壓小于2Vcc是因為運放輸出極有PNP兩種晶體組成復(fù)合互補對稱電路輸出方波時,兩管輪流截止或飲和導(dǎo)通由于導(dǎo)通時輸出電阻的影響,使方波輸出度小于電源電壓值.二.受運放影響,三角波傳輸特性區(qū)線性度差容易引起失真.以后可能改進的方案：在電路上加上保護電路,在三角波輸出端加上濾波網(wǎng)絡(luò)改善輸出波形.8 .心得體會:本次課程設(shè)計是

12、在前導(dǎo)驗證性認(rèn)知實驗基礎(chǔ)上，進行更高層次命題的課程設(shè)計，是在教師指導(dǎo)下獨立查閱資料、設(shè)計、安裝和調(diào)試特定功能的電子電路。通過這次課程設(shè)計,我懂得了要完成一個電路的設(shè)計,理論基礎(chǔ)是根基,實踐操作是完成實物的重要部分,而創(chuàng)新能力則決定了一個電路的價值.因為設(shè)計一個電路，決不是簡單地按課本的電路圖進行焊接成型，我們要進行電路各個元件參數(shù)的計算，這個涉及我們所掌握的理論知識.元件的計算是設(shè)計中較為重要的一部分，計算準(zhǔn)了，則設(shè)計出來的電路誤差不大，否則，設(shè)計出來的電路性能指標(biāo)跟要求相差甚遠(yuǎn)。最困難的是當(dāng)電路出現(xiàn)錯誤是，如何檢測出錯誤之處，如何排除錯誤，它考驗了我們?nèi)绾芜\用理論知識和實際的調(diào)試的能力.另外,通