方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課題名稱：方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器專業(yè)班級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 目錄模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)任務(wù)題目設(shè)計(jì)制作一個(gè)產(chǎn)生方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器內(nèi)容及要求     輸出波形頻率范圍為0.02Hz20kHz且連續(xù)可調(diào)；     正弦波幅值為±2V，；     方波幅值為2V；     三角波峰-峰值為2V，占空比可調(diào)；   

2、0;  設(shè)計(jì)電路所需的直流電源可用實(shí)驗(yàn)室電源。摘 要在人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的過程中，經(jīng)常需要對各種各樣的電子信號(hào)進(jìn)行測量，因而如何根據(jù)被測量電子信號(hào)的不同特征和測量要求，靈活、快速的選用不同特征的信號(hào)源成了現(xiàn)代測量技術(shù)值得深入研究的課題。信號(hào)源主要給被測電路提供所需要的已知信號(hào)(各種波形)，然后用其它儀表測量感興趣的參數(shù)?？梢娦盘?hào)源在各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)測試處理中，它不是測量儀器，而是根據(jù)使用者的要求，作為激勵(lì)源，仿真各種測試信號(hào)，提供給被測電路，以滿足測量或各種實(shí)際需要。波形發(fā)生器就是信號(hào)源的一種，能夠給被測電路提供所需要的波形,廣泛地應(yīng)用于各大院校和科研場所。隨著科技的進(jìn)步，社會(huì)

3、的發(fā)展，單一的波形發(fā)生器已經(jīng)不能滿足人們的需求，而我們設(shè)計(jì)的正是多種波形發(fā)生器。本次設(shè)計(jì)用運(yùn)放來組成RC積分電路，低通濾波電路來分別實(shí)現(xiàn)方波，三角波和正弦波的輸出。它的制作成本不高，電路簡單，使用方便，有效的節(jié)省了人力，物力資源。 本文通過介紹一種電路的連接，實(shí)現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器的基本功能。將其接入電源，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。并通過在示波器上觀察波形及數(shù)據(jù)，得到結(jié)果。電壓比較器實(shí)現(xiàn)方波的輸出，又連接積分器得到三角波，并通過三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路看到正弦波，得到想要的信號(hào)。關(guān)鍵詞：電源，波形，比較器，積分器，轉(zhuǎn)換電路，低通濾波，Multisim1.函數(shù)發(fā)生器總方案及原理框圖1.1 函數(shù)發(fā)生器的總方案函數(shù)

4、發(fā)生器一般是指能自動(dòng)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 ，也可以采用集成電路。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運(yùn)算放大器與二階低通濾波器共同組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。 產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?。本課題采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法，然而這種方法也有幾

5、套方案。方案一：首先由一個(gè)RC振蕩電路產(chǎn)生方波，然后將此波形接入一個(gè)積分電路產(chǎn)生三角波，用折線法將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。此方案在執(zhí)行時(shí)比較困難，原因在于三角波到正弦波的轉(zhuǎn)換上，折線法的參數(shù)很難確定。方案二：首先由一個(gè)RC振蕩電路產(chǎn)生方波，然后將此波形接入一個(gè)積分電路產(chǎn)生三角波，將三角波通過濾波電路實(shí)現(xiàn)到正弦波的轉(zhuǎn)換。此方案很好，但是沒采用，原因在于電路的前面部分比較繁瑣，如果電路太繁瑣，那么對后面的結(jié)果影響也就更大，會(huì)增大誤差，故而放棄。方案三：首先由一個(gè)RC振蕩電路產(chǎn)生方波，然后將此波形接入一個(gè)積分電路產(chǎn)生三角波，用一個(gè)差分電路來實(shí)現(xiàn)波形的轉(zhuǎn)換，。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能

6、力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。但是最終不好調(diào)試，故而啟棄用。方案四：在方案三的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，用一個(gè)積分電路替代了前面的RC振蕩回路，這樣做起來就更簡潔，焊點(diǎn)較少，那么負(fù)面影響也就相對會(huì)減小，故而采用了本方案。本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示：由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由二階低通濾波器來實(shí)現(xiàn)。二階低通濾波器是在一階的基礎(chǔ)上再加上一個(gè)RC電路構(gòu)成，能夠很好的抑制低頻率信號(hào)的通過，從而將處于低

7、頻率的三角波轉(zhuǎn)換成為正弦波，實(shí)現(xiàn)波形變換。1.2函數(shù)發(fā)生器總方案及原理框圖原理框圖： 方波三角波正弦波 低通濾波器積分電路電壓比較器 圖1 原理框圖2.課程設(shè)計(jì)的目的和設(shè)計(jì)的任務(wù)2.1 設(shè)計(jì)的目的1.掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法；2.掌握模擬IC器件的應(yīng)用；3.培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來指導(dǎo)實(shí)踐的能力；4.掌握常用元器件的識(shí)別和測試；5.熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法。2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)方波三角波正弦波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器2.3課程設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)1.設(shè)計(jì).組裝.調(diào)試函數(shù)發(fā)生器；2.輸出波形：正弦波.方波.三角波；3.頻率范圍：0.0220kHZ范圍內(nèi)可調(diào)；4.輸出電壓：方波幅值為2V；正弦波

8、幅值為±2V；三角波峰-峰值為2V，占空比可調(diào)。3. 各組成部分的工作原理3.1 方波發(fā)生電路的工作原理此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路即作為遲滯環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC沖、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz，則同相輸入端電位Up=+Ut,Uo通過R3對電容C正向充電，如圖中箭頭所示。反相輸入端電位n 隨時(shí)間的增長而逐漸增高，當(dāng)t趨于無窮時(shí)，Un趨于+Uz；但是Un=+Ut，再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz，與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)?UT。隨后，Uo又通過R3對電容反相充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時(shí)間逐漸增長而減低，當(dāng)T趨于無

9、窮大時(shí)，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Uz再減小，UO就從-Uz躍變?yōu)?Uz，UO從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開是正向充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。圖2 同相滯回比較器的電壓傳輸特性曲線3.2 運(yùn)放lm324工作原理與電路圖LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3。0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置組件的必要性。LM324的特點(diǎn)：1.短跑保護(hù)輸出； 2.真差動(dòng)輸入級(jí)； 3.可

10、單電源工作：3V-32V； 4.低偏置電流：最大100nA（LM324A）；5.每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器。 6.共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源7.具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ埽?8.輸入端具有靜電保護(hù)功能9.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列； LM324引腳圖（管腳圖）（見附錄）3.3 方波三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理圖3 方波三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理工作原理如圖3所示，在電路的左邊為同相滯回比較器，右邊為積分運(yùn)算電路。同相滯回比較器的輸出高低電平分別為Uoh=+Uz，Uol=-Uz積分運(yùn)算電路的輸出電壓uo作為輸入電壓，A1同鄉(xiāng)輸入端的電位Up1=uo1·R1/(R1+R2+R6)+Uo·(R2+R6)/(R1

11、+R2+R6)令Up1=Un1=0，并將uo1=±Uz帶入得±Ut=±Uz·R1/(R2+R6)電路的振蕩原理合閘通電，通常C 上電壓為0。設(shè)Uo1 Up1 Uo1，直至Uo1 Uz；積分電路反向積分，t Uo，一旦Uo過 Ut ，Uo1從 Uz躍變?yōu)?Uz。積分電路正向積分，t Uo， 一旦Uo過 Ut ， Uo1從 Uz躍變?yōu)?Uz ，返回第一暫態(tài)。重復(fù)上述過程，產(chǎn)生周期性的變化，即振蕩。由于積分電路反向積分和正向積分的電流大小均為Uo1/(R3+R7)，使得U0在一個(gè)周期內(nèi)的下降時(shí)間和上升時(shí)間相等，且斜率的絕對值也相等，因而將方波轉(zhuǎn)換為三角波。主要

12、參數(shù)估算：1振蕩幅值在如圖所示的三角波方波發(fā)生電路中，因?yàn)榉e分電路的輸出電壓就是同相滯回比較器的輸入電壓，所以三角波的幅值為±Uom=±Ut=±Uz·R1/R2因?yàn)榉讲ǖ姆禌Q定于由穩(wěn)壓管組成的限幅電路，所以Uoh=+Uz，Uol=Uz2 振蕩周期在圖3中，在振蕩的二分之一周期內(nèi)，起始值為Ut，終了值為+UtUt=Uz·T/2·1/R3·C-Ut得到T=4·R1·(R3+R7)·C/(R2+R6)積分器的輸出Uo=1/（R3+R7）·Uo1dtUo1=+Vcc時(shí)，Uo2=（+Vcc）&

13、#183;t/(R3+R7)·C1可見積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系下圖所示。圖4 方波三角波的波形變換比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)回路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波三角波，三角波的幅度為Uo2=Vcc·R1/(R3+R7)方波三角波的頻率為 f= (R2+R6)/4R1(R3+R7)所以有以下結(jié)論：1.電位器R7在調(diào)節(jié)方波三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)影響輸出波形的幅度，若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C1改變頻率的范圍，R7實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。2.方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc,三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓+Vcc,電位器R6可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)

14、，但會(huì)影響方波三角波的頻率。3.4 三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理三角波正弦波的變換電路主要由二階低通濾波器電路來完成。圖5 三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路工作原理由RC串聯(lián)接一個(gè)同相比例運(yùn)算電路組成一個(gè)一階有源低通濾波器，濾出一部分干擾，得到想要的波形，但是往往一個(gè)RC回路的過渡帶還很寬，所以，為了更好的達(dá)到濾波的效果，盡量減小過渡帶，可以多加RC回路，構(gòu)成多節(jié)低通濾波器，因此，在這用了二階濾波器來達(dá)到目的。在電路中，當(dāng)信號(hào)頻率趨于零時(shí)，同相輸入端的電位Up=Ui，故電路的通帶放大倍數(shù)等于同相比例運(yùn)算電路的比例系數(shù)，即Aup=Up/Ui=1+R11/R12電路的電壓放大倍數(shù)Au=Uo/Ui=(1+Rf

15、/R1)·Up/Ui=Aup/(1+jwRC)=Aup/1+j·f/fp其中， fp=f0=1/2RC圖6 輸出波形3.5 電路的參數(shù)選擇及計(jì)算1.方波三角波中電容C1變化（關(guān)鍵性變化之一）比較器A1與積分器A2的元件計(jì)算如下：得U02m=Vcc·R1/(R2+R6)即R1/(R2+R6)=1/3取R1=10K，則R2+R6=30K，取R2=20K，R6為200K的點(diǎn)位器。區(qū)平衡電阻R9=R1/(R2+R6)10K由式f= (R2+R6)/4R1(R3+R7)即R3+R7=(R2+R6)/4R1·C1當(dāng)0.02HZf20khz時(shí)，取C1=10µ

16、f，則R3+R7=1.51.5K，取R3=1K，為10K電位器。2.三角波正弦波變化時(shí)參數(shù)計(jì)算當(dāng)C2=C3=C時(shí)，f0=1/2RC。所以取C2=C3=0.1µf，R8=R10=10K，R12=100K,R11取最大阻值為40k的電位器。4. 用Multisim10電路仿真4.1 方波三角波的仿真 圖7 方波三角波發(fā)生器方波仿真結(jié)果圖8 方波仿真效果圖三角波仿真結(jié)果圖9 三角波仿真效果圖方波三角波轉(zhuǎn)換仿真結(jié)果圖10 方波三角波轉(zhuǎn)換仿真結(jié)果4.2 三角波正弦波仿真結(jié)果圖11 正弦波發(fā)生電路正弦波結(jié)果圖12 正弦波仿真結(jié)果三角波正弦波轉(zhuǎn)換仿真結(jié)果圖13 三角波正弦波轉(zhuǎn)換仿真結(jié)果總的仿真結(jié)果

17、圖14 仿真結(jié)果5. 課題總結(jié)通過對函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我深刻認(rèn)識(shí)到了“理論聯(lián)系實(shí)際”的這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過對此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書本上的知識(shí)，明白了學(xué)以致用的真諦。附錄附錄一 電路的總方案圖附圖1 調(diào)試電路附錄二 參考文獻(xiàn)1、王港元 電工電子實(shí)踐指導(dǎo)（第二版）M 江西科學(xué)技術(shù)出版社，2005.2、謝自美 電子線路設(shè)計(jì)、課題、測試（第二版） M華中理工大學(xué)出版社，20003、張友漢 電子線路設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊M 福建科學(xué)技術(shù)出版社，2000.4、陳兆仁 電子技術(shù)基礎(chǔ)課題研究與設(shè)計(jì)M 電子工業(yè)出版社，2000.5、畢滿清 電子技術(shù)課題與課程設(shè)計(jì)M 機(jī)械工業(yè)出版社.6、杜龍林 用萬用表檢測