電力電子技術課程設計

1、課 程 設 計 任 務 書專 業(yè)自動化班 級姓 名設 計 起 止 日 期設計題目：正弦波發(fā)生器設計任務（主要技術參數）：設計一個正弦波發(fā)生電路，主要技術參數：頻率：1000Hz；幅度：2v。選擇電路，要求設計放大電路、反饋電路、選頻網絡和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的結構，計算元件參數。指導教師評語： 成績： 簽字：年 月 日課程設計說明書 NO11 課程設計的目的電子技術基礎課程設計是學習理論課程之后的實踐教學環(huán)節(jié)。目的是通過解決比較簡單的實際問題，鞏固和加深在電子技術基礎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，設計電路并仿真，分析結果，

2、撰寫報告等工作。使學生初步掌握電子電路設計的一般方法步驟，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)后的工作打下一定的基礎。2 設計方案論證2.1設計思路 如圖1。 實現(xiàn)電路產生正弦波振蕩時，可首先利用瞬時極性法判斷電路是否滿足相位平衡條件，如果在滿足相位平衡條件的某一特定頻率f1下，能夠滿足幅度平衡條件，則電路能夠產生正弦波振蕩。而且，該特定頻率f0既是RC串并聯(lián)網路 振蕩電路的振蕩頻率f0=12RC，并由幅度平衡條件可以得到起振條件 A>3, 已知同比例運算電路輸出電壓之間的比例系數 1+Rf/R1>3 負反饋支路的參數應

3、該滿足Rf>2R1。當電路接成正反饋是，產生正弦波振蕩的條件為：AF=1；當電路接成負反饋時，產生自激振蕩的條件為：AF= =1。由于正反饋和負反饋產生的自激振蕩的差別的根本原因在于兩種情況下反饋的極性不同。在放大電路中，為了改善性能，引入的是負反饋，而在振蕩電路中的目的是主要產生正弦波振蕩，因此將RC選頻網絡反饋接成正反饋。而在電路中又由Rf、RW、及R1引入一個電壓串聯(lián)負反饋，其作用是可以提高電壓放大倍數的穩(wěn)定性，改善振蕩電路的輸出波形，而且進一步提高放大電路的輸入電阻，降低輸出電阻。從而減小了放大電路對RC 串并聯(lián)網絡選頻特性的影響，提高了振蕩電路帶負載能力。同時，改變電阻RW阻值

4、的大小可以調節(jié)深度負反饋的深度。因此可利用瞬時極性判斷電路能否產生正弦波振蕩。并將反饋接成正反饋，此時產生振蕩的條件Uf=Ui,即 AF=1。 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO2圖1 RC串并聯(lián)網絡振蕩電路原理圖2.2 設計方案論證 圖中的電路中由Rf、RW 及R1 引入了一個電壓串聯(lián)負反饋，不僅可以提高電壓放大倍數的穩(wěn)定性，改善振蕩電路的輸出波形，而且進一步提高放大電路的輸入電阻，降低輸出電阻，從而減小了放大電路對RC 串并聯(lián)網絡選頻特性的影響，提高了振蕩電路的負載能力。同時，改變電阻RW 阻值大小可以調節(jié)深度負反饋的深度。其中集成運放A 作為放大電路，RC 串聯(lián)網絡是選頻網絡，而且， 當

5、f=f0 時，它是一個接正反饋的反饋網絡。另外Rf和RW 及支路引入一個負反饋。RC 橋式振蕩電路由RC 串并聯(lián)選頻網絡和同相放大電路組成，如原理圖所示。圖中RC選頻網絡形成正反饋，并由它決定振蕩頻率f0，Rf 和RW 及R1 形 成負反饋回路，由他們決定起振蕩的幅值條件和調節(jié)波形的失真程度與穩(wěn)幅控制。如圖2。 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO.圖2 設計方案框圖2.3 元件選擇計算過程f0=12RC=1000Hz設C=0.03f 所以 R=12Cf0 =12×3.14×1000×0.00000003 =5.3K； C1=C2=C=0.03f； R1=R2=R=

6、5.3K；取R3=5 K ； Rf=2.1*R3=10.5 K；RW 為20 K 的滑動變阻器，設 Ra=Rf+RW，振蕩的幅度平衡條件為AF>1，已知當 f=f0 時，F(xiàn) =1/3，由此求的振蕩電路的起振條件AF>3，已知同比例運算電路輸出電壓 與輸入電壓之間的比例系數為：1+ Ra/R3，為了1+ Ra/R3>3,負反饋支路的參數應滿足關系 Ra>2R 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO即： AF=U0/U1=1+ Ra/R3=1+19.7/5=4.94>3,負反饋系數 F=R3/（Rf+R3）=0.25。 由上可知滿足條件。2.4 選定元件列表表1 元件列表

7、元件名稱標號參數型號數量說明集成運算放大器A7411放大信號電容C1、C20.03f2RC串并聯(lián)選頻網絡的選頻 電阻R1、R25.3K1R35K1Rf、RW及R3構成電壓串并聯(lián)的反饋 Rf10.5K1RW20K1調節(jié)電阻進而改變f大小穩(wěn)壓管D1、D2IN5233B2限制輸出電壓3 設計仿真3.1 仿真軟件的選擇1.Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。新特點可以根據自己的需求制造出真正屬于自己的儀器；所有的虛擬信號都可以通過計算

8、機輸出到實際的硬件電路上；所有硬件電路產生的結果都可以輸回到計算機中進行處理和分析。2.Multisim 10組成構建仿真電路仿真電路環(huán)境multi mcu（單片機仿真）FPGA、PLD，CPLD等仿真通信系統(tǒng)分析與設計的模塊 沈 陽 大 學課程設計說明書 NOPCB設計模塊：直觀、層板32層、快速自動布線、強制向量和密度直方圖自動布線模塊3. 仿真的內容器件建模及仿真；電路的構建及仿真；系統(tǒng)的組成及仿真；儀表儀器原理及制造仿真。4. 器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件：模擬器件（二極管，三極管，功率管等）；數字器件（74系列，COMS系列，PLD，CPLD等）；FPGA器件。3.2 電路的

9、構建及仿真1.單元電路、功能電路、單片機硬件電路的構建及相應軟件調試的仿真。系統(tǒng)的組成及仿真：Commsim 是一個理想的通信系統(tǒng)的教學軟件。它很適用于如信號與系統(tǒng)、通信、網絡等課程，難度適合從一般介紹到高級。使學生學的更快并且掌握的更多。Commsim含有200多個通用通信和數學模塊，包含工業(yè)中的大部分編碼器，調制器，濾波器，信號源，信道等，Commsim 中的模塊和通常通信技術中的很一致，這可以確保你的學生學會當今所有最重要的通信技術。要觀察仿真的結果，你可以有多種選擇：時域，頻域，XY圖，對數坐標，比特誤碼率，眼圖和功率譜。2.儀表儀器的原理及制造仿真：可以任意制造出屬于自己的虛擬儀器、

10、儀表，并在計算機仿真環(huán)境和實際環(huán)境中進行使用。3.3電路圖的連結1.從放置菜單選擇元器件或者從工具欄上選擇元器件；2.放置好元器件之后，連線，鼠標指針停留在元件管腳上單擊就可以將導線引出來了，到要連接到的管腳再次單擊就可以將導線畫好；3.畫好導線之后，選擇萬用表或者示波器等儀器儀表連接到適當的位置；4.點擊運行就可以仿真了，單擊按鈕，進行設置和觀察仿真結果。3.4電路各個元件的賦值對連結好的元件進行賦值時要先雙擊想要賦值的元件，雙擊后會出現(xiàn)一個對話框在該內容里進行想要修改的項目，比如想要對第一個電阻元件修改成R1，其值為5，則在該項內容里標簽中刪去后改為你想要的R1，而在參數后面改為即可。如圖

11、3 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO 圖3 電阻參數設置界面4 仿真方案分析 采用Mutisim10.0對正弦波發(fā)生器的輸入正弦波進行仿真，當滑動變阻器的阻值輸入為 46%時，AF>1,已知當 f=f0 時，AF=1/3，由此求的振蕩電路的起蕩條件AU>3,已知同比例運算電路輸出電壓與輸入電壓之間的比例系數為：1+ Ra/R3>3,為了達到1+ Ra/R3>3,負反饋支路的參數應滿足關系 Ra>2R3， 即AU= U0/U1=1+ Ra/R3=1+19.7/5=4.94>3,負反饋系數 F=R3/（Rf+R3） =0.25。根據RC橋式振蕩電路的起振條件，

12、電阻Rf應由式Af=1+(Rf+Rw)/R3 確定，因此得 Rf>2R3 通常取Rf=(2.1-2.5)R3 這樣既能保證起振也不能使波形嚴重失真。 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO圖4 仿真分析原理圖5 仿真分析結果及誤差分析5.1正常的仿真結果(波形、數值) 當滑動變阻器的阻值輸入為46%時，f0=1000Hz，f=998.506Hz，電壓 8.835v，失真率2.845%。f 約等于f0，波形正常。圖5 電壓表數值 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO8圖6 頻率計數值圖7 仿真波形圖 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO9圖8 失真率數值 5.2誤差分析 計算誤差:在由C 確定R

13、值時，取值3.14，最后確定的R 值也是個約數。 所以由RC 得到的f0 并不等于1000Hz。 操作誤差:在滑動變阻器的阻值輸入為46%，才有最大f值，每當改變百分之一時Rw 的阻止每次200 ，Rw 的變化波動大也會造成f 最大值的不精確。5.3設計心得與體會通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有關模電波形方面的知識，在計過程中雖然遇到了一些問題，但經過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經驗不足。我將所學知識運用到設計中，按照設計要求設計電路的參數，在按對應的參數選取元器件，通過查找資料了解元器件的主要特性與相關使用注意事項。在電路

14、設計中選取最優(yōu)元件來滿足設計的要求。要面對社會的挑戰(zhàn),只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。相信以后我會以更加積極地態(tài)度對待我的學習、對待我的生活。激情永遠不會結束，相反，我會更加努力，努力的去彌補自己的缺點，發(fā)展自己的優(yōu)點，去充實自己，只有在了解了自己的長短之后，我們會更加珍惜擁有的，更加努力的去完善它，增進它。只有不斷的測試自己，挑戰(zhàn)自己，才能擁有更多的成功和快樂?？鞓分辽希硎苓^程，而不是結果。認真對待每一個實驗，珍惜每一分一秒，學到最多的知識和方法，鍛煉自己的能力，這個是我在課程設計中學到的最重要的東西，也是以后都將受益匪淺的。從剛 沈 陽 大 學課程設計說明書 NO10開始對mult

15、isim10的一無所知到現(xiàn)在課程設計的完成，學到了很多也很有成就感。畫元器件、原理圖、填寫數據、運行制作，每一個步驟都需要足夠的耐心和仔細，還要有扎實的專業(yè)知識通過對數據的比較和處理知道了在multisim10環(huán)境下不僅可以很好算出結果還可以直觀地反映出仿真結果。在這次電路的課程設計中，我學習到了一款新的軟件multisim10，它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。幾乎所有的電子公司都要用到它。multisim10軟件，我被它強大的功能所吸引，在不斷探討和摸索后，慢慢熟悉了這款軟件如何操作，通過這次電路設計，我在多方面都有所提高。如通過這次電路與計算機仿真設計，綜合運用本專業(yè)所學課