幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文）題目：題目：幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器院（系）：院（系）： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學(xué)學(xué) 號：號： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 起止時間：起止時間： 本科生課程設(shè)計（論文）III課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）： 教研室： 注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計（論文）題目幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器課程設(shè)計（論文）任務(wù)設(shè)計參數(shù)：設(shè)計參數(shù)：（1）現(xiàn)設(shè)計

2、并制作能產(chǎn)生鋸齒波波形信號輸出的函數(shù)發(fā)生器。（2）設(shè)計電路所需的直流穩(wěn)壓電源。（3）輸出的波形工作頻率范圍 0.02Hz1kHz 連續(xù)可調(diào)。（3）方波幅值10V，波峰峰值 20V；各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)。設(shè)計要求：設(shè)計要求：1 .分析設(shè)計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計。4 .組成系統(tǒng)。在一定幅

3、面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。進度計劃第 1 天：集中學(xué)習(xí)；第 2 天：收集資料；第 3 天：方案論證；第 4 天：選擇器件進行單元電路設(shè)計；第 5 天：單元電路設(shè)計及仿真；第 6 天：整體電路設(shè)計并仿真；第 7 天：電路焊接制板；第 8 天：焊接調(diào)試；第 9 天：完善設(shè)計；第10 天：答辯。指導(dǎo)教師評語及成績 平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日本科生課程設(shè)計（論文）IV摘 要在我們?nèi)粘Ｉ钪校约耙恍┛茖W(xué)研究中，鋸齒波是常用的基本測試信號。在無線電通信，測量，自動化控制等技術(shù)領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用著各種類型的信號

4、發(fā)生器此外，如在示波器、電視機等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運動，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產(chǎn)生器作為時基電路。例如，要在示波器熒光屏上不失真地觀察到被測信號波形，要求在水平偏轉(zhuǎn)板加上隨時間作線性變化的電壓鋸齒波電壓，使電子束沿水平方向勻速搜索熒光屏。而電視機中顯像管熒光屏上的光點，是靠磁場變化進行偏轉(zhuǎn)的，所以需要要用鋸齒波電流來控制。因此鋸齒波發(fā)生器是我們在學(xué)習(xí)，科學(xué)研究等方面不可缺少的工具。設(shè)計由直流穩(wěn)壓電源、積分電路和遲滯比較器三部分組成。其中直流穩(wěn)壓電源由集成穩(wěn)壓器和多種電容元件構(gòu)成，為信號發(fā)生器提供穩(wěn)定的電壓。積分電路和遲滯比較器皆由運算放大器組成。遲滯比較器產(chǎn)生的矩形波經(jīng)

5、積分電路轉(zhuǎn)換為鋸齒波。由此設(shè)計電路，經(jīng)過 MULTISIM 仿真，基本滿足設(shè)計要求。通過焊接調(diào)試，得到預(yù)期波形。調(diào)節(jié)電阻，鋸齒波頻率、幅度改變。關(guān)鍵詞：鋸齒波發(fā)生器；直流穩(wěn)壓電源；積分電路；遲滯比較器本科生課程設(shè)計（論文）V目 錄第 1 章 緒論 .11.1 幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器概況 .11.2 本文研究內(nèi)容 .1第 2 章 幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器電路設(shè)計 .22.1 幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器總體設(shè)計方案 .22.2 具體電路設(shè)計 .22.2.1 遲滯比較器電路設(shè)計 .22.2.2 積分器電路設(shè)計 .42.2.3 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計 .42.3 元器件型號選擇 .62.4 MUL

6、TISIM 仿真、數(shù)據(jù)分析.72.5 實物焊接、調(diào)試與測試 .9第 3 章 課程設(shè)計總結(jié) .10參考文獻 .11元器件清單 .12本科生課程設(shè)計（論文）1第 1 章 緒論1.1 幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器概況人類社會已經(jīng)進入信息化時代，信息社會的發(fā)展離不開電子產(chǎn)品的發(fā)展。鋸齒波和正弦波、三角波是常用的基本測試信號。此外，如在示波器、電視機等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運動，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產(chǎn)生器作為時基電路。例如，要在示波器熒光屏上不失真地觀察到被測信號波形，要求在水平偏轉(zhuǎn)板加上隨時間作線性變化的電壓鋸齒波電壓，使電子束沿水平方向均勻搜索熒光屏。而電視機顯像管熒光屏上的光點

7、，是靠磁場變化進行偏轉(zhuǎn)的，所以需要用鋸齒波電流來控制。因此，鋸齒波在實際中有廣泛的應(yīng)用。由于不同的電子產(chǎn)品可能需要不同頻率及幅度的鋸齒波，設(shè)計可調(diào)電阻就會得到與它匹配的波形，從而使得它能正常工作，使它的工作效率達到最高。1.2 本文研究內(nèi)容根據(jù)頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計的要求及技術(shù)指標設(shè)計電路：設(shè)計要求：對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案設(shè)計一個鋸齒波發(fā)生器和一個穩(wěn)壓源。設(shè)計各單元電路，即直流穩(wěn)壓電源、積分電路和遲滯比較器。功能要求：輸出的波形工作頻率范圍 0.02Hz1kHz 連續(xù)可調(diào)；方波幅值10V，波峰峰值

8、 20V；各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)。本科生課程設(shè)計（論文）2第 2 章 幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器電路設(shè)計2.1 幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器總體設(shè)計方案方案(一)設(shè)計一個集成電路，可以直接對其進行調(diào)頻調(diào)幅。這種電路的性能好，而且使用能力強，工作范圍大。但是這種電路大多采用集成元件，成本較高。并且它的工藝要求較高，焊接等技術(shù)要求都很高。因此不易選擇此設(shè)計方案。方案(二)設(shè)計一個鋸齒波發(fā)生器和一個穩(wěn)壓源。鋸齒波發(fā)生電路需要同相輸入遲滯比較器和充放電時間常數(shù)不等的積分器構(gòu)成。這種設(shè)計基于電路簡單，性能較為良好，器件選擇靈活,并且器件價格便宜。因此本次設(shè)計選擇此方案，總體設(shè)計框圖如圖 1。 圖 1

9、總體設(shè)計框圖2.2 具體電路設(shè)計2.2.1 遲滯比較器電路設(shè)計滯回比較器具有電路簡單、靈敏度高等優(yōu)點。在比較電路當(dāng)中，如果輸入電壓受到干擾或噪聲的影響，在門限電平上下波動，則輸出電壓將在高、低兩個電平之間反復(fù)地跳變，如在控制系統(tǒng)中發(fā)生這種情況，將對執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生不利的影響。滯回比較器則克服了單限比較器的這種缺陷。滯回比較器又名施密特觸發(fā)器，其電路如圖 2 所示。本科生課程設(shè)計（論文）3圖 2 滯回比較器電路原理圖輸入電壓 Ui 經(jīng)電阻 R2加在集成運放的反相輸入端，參考電壓 Uref 經(jīng)電阻R1接在同相輸入端，此外從輸出端通過電阻 Rf 引回同相輸入端。電阻3R 和背靠背穩(wěn)壓管 VDz 的作用是

10、限幅，將輸出電壓的幅度限制在Uz。圖 3 滯回比較器的傳輸特性在本電路中，當(dāng)集成運方反相輸入端與同相輸入端的電位相等，即 U+=U-時，輸出端的狀態(tài)將發(fā)生跳變。其中 U+則由參考電壓 Uref 及輸出電壓 Uo 二者共同決定，而 Uo 有兩種可能的狀態(tài)：+Uz 或Uz。由此可見，這種比較器有兩個不同的門限電平，故傳輸特性呈滯回形狀，如圖 3所示。其門限寬度 U 的值取決于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓 Uz 以及電阻 R2和 Rf 的值，但與參考電壓 Uref 無關(guān)。也就是說，當(dāng) Uref 增大或減小時，滯回比較器的傳輸特性將平行地右移或左移，但滯回曲線的寬度將保持不變。說明滯回比較器的抗干擾能力強。當(dāng)輸入

11、信號受干擾或噪聲的影響而上下波動時，只要根據(jù)干擾或噪聲電平適當(dāng)調(diào)整滯回比較器兩個門限電平 UT和 UT的值，就可以避免比較器的輸本科生課程設(shè)計（論文）4出電壓在高低電平間反復(fù)跳變。2.2.2 積分器電路設(shè)計 圖 4 積分電路積分電路時一種應(yīng)用比較廣泛的模擬信號運算電路，它是組成模擬計算機的基本單元，可以實現(xiàn)對微分方程的模擬。同時，積分電路也是控制和測量系統(tǒng)中常用的重要單元，利用其充放電過程可以實現(xiàn)延時、定時以及各種波形的產(chǎn)生。電路組成如圖4，根據(jù)理想運放工作在線型區(qū)時“虛短”和“虛斷”的特點可知：電路的輸出電壓 Uo 與電容兩端的電壓 Uc 成正比，而電路的輸入電壓 Ui與流過電容的電流 ic

12、 成正比，即 Uo 與 Ui 之間成為積分運算關(guān)系。由于集成運放的反相輸入端“虛地” ，故 Uo=-Ui，可見輸出電壓與電容兩端電壓成正比。又由于“虛斷” ，運方反相輸入端的電流為零，則 cii=，故RiiRUci=1即輸入電壓與流過電容的電流成正比。由以上幾個表達式可得： （1）由此可知，當(dāng)輸入電壓為矩形波時，通過積分換算，輸出電壓即可轉(zhuǎn)變?yōu)槿遣ā?.2.3 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計 直流穩(wěn)壓電源是提供直流電壓的電源設(shè)備，由電源變壓器，整流，濾波，和穩(wěn)壓電路四部分組成，如圖 5所示。圖示為由分立元件組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的本科生課程設(shè)計（論文）5電路圖，其整流部分為單相橋式整流電路，濾波部分為電

13、容濾波電路，穩(wěn)壓部分為串聯(lián)穩(wěn)壓電路. 對輸入電壓的要求，輸入電壓的選取原則是，在最壞的條件下仍能保證調(diào)整管處于放大狀態(tài)，不能飽和. 對調(diào)整管的要求，晶體管的額定電流Icm 應(yīng)大于輸出電流.晶體管的耐壓應(yīng)高于輸入電壓，晶體管的最大允許耗散功率應(yīng)大于調(diào)整管集電極最大功率。圖 5 直流穩(wěn)壓電源的組成 圖 6 直流穩(wěn)壓電源電路 1）電源變壓器 將電網(wǎng)交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷?，一般次級電?u2 較小。 2）整流電路 將變壓器次級交流電壓 u2 變成單向的直流電壓 u3，它包含直流成份和許多諧波分量。3）濾波電路 濾除脈動電壓 u3 中的諧波分量，輸出比較平滑的直流電壓u4。該電壓往往隨電網(wǎng)電

14、壓和負載電流的變化而變化。4）穩(wěn)壓電路 它能在電網(wǎng)電壓和負載電流的變化時，保持輸出直流電壓的穩(wěn)定。它是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標。 具體設(shè)計如圖 6 ：電路中 LM7812CT 為穩(wěn)壓器，當(dāng)輸入電壓為一定時，整本科生課程設(shè)計（論文）6個電路進入正常工作狀態(tài)，輸出電壓應(yīng)為12V，仿真結(jié)果 C4兩端電壓為12.549V。因此，輸出電壓符合本實驗運放所需的 VCC= -VEE = 12V。2.3 元器件型號選擇圖 7所示為一個鋸齒波發(fā)生電路。圖中集成運放 A1組成滯回比較器；二極管VD1、VD2和電位器 Rw，使積分電路的充放電回路分開，故 A2組成充放電時間常數(shù)不等的

15、積分電路。調(diào)節(jié)電位器 Rw 滑動端的位置，使 Rw1遠小于 Rw2，則電容放電的時間常數(shù)將比充電的時間常數(shù)小得多，于是放電過程很快，而充電過程很慢，即可得鋸齒波。滯回比較器輸出的矩形波加在積分電路的反相輸入端，而積分電路輸出的鋸齒波又接到滯回比較器的同相輸入端，控制滯回比較器輸出端的狀態(tài)發(fā)生跳變，從而在 A2的輸出端得到周期性的鋸齒波。 圖 7 幅度可調(diào)鋸齒波發(fā)生器整體電路假設(shè)初始時刻滯回比較器輸出端為高電平，而且假設(shè)積分電容上的初始電壓為零。由于 A1同相輸入端的電壓 U+同時與 Uo1和 Uo 有關(guān)，根據(jù)疊加原理，可得： （2） 則此時 U+也為高電平。但當(dāng) Uo1=+Uz 時，積分電路的

16、輸出電壓 Uo 將隨著時間往負方向線性增長，U+隨之減小，當(dāng)減小至 U+ = U- =0時，滯回比較器的輸出端將發(fā)生跳變，使 Uo1=-Uz，同時 U+將跳變?yōu)橐粋€負值。以后，積分電路的輸出電壓將隨著時間往正方向線性增長，U+也隨之增大，當(dāng)增大至 U+=U-=0時，滯本科生課程設(shè)計（論文）7回比較器的輸出端再次發(fā)生跳變，使 Uo1=+Uz,同時 U+也跳變?yōu)橐粋€正值。然后重復(fù)以上過程，于是可得滯回比較器的輸出電壓 Uo1為矩形波，而由于積分電路的充放電時間不等，故積分電路輸出電壓 Uo 為鋸齒波。如圖 8所示： 圖 8 鋸齒波發(fā)生電路的波形圖由上圖可知，當(dāng) Uo1發(fā)生跳變時，鋸齒波輸出 Uo

17、達到最大值 Uom，而 Uo1發(fā)生跳變的條件是：U+ = U- = 0，將條件 Uo1 = - Uz，U+ = 0代入（2）式，可得： （3）由此可解得鋸齒波輸出的幅度為： （4）要使得幅度可調(diào)，由（4）式可知，改變參數(shù) R1即可，所以實際電路中 R1采用滑本科生課程設(shè)計（論文）8動變阻器；調(diào)節(jié)滑動變阻器即可改變鋸齒波的輸出幅度,從而滿足設(shè)計要求。2.4 MULTISIM 仿真、數(shù)據(jù)分析幅度可調(diào)鋸齒波發(fā)生電路包括兩部分，一是由集成運算放大器組成的滯回比較器電路，二是由集成運算放大器組成的積分電路。它的主要元器件包括集成運算放大器、電容、電阻、可調(diào)電位器、二極管、穩(wěn)壓管等。圖 9 幅度可調(diào)鋸齒波

18、仿真圖 10 仿真結(jié)果本科生課程設(shè)計（論文）9將滯回比較器的輸出電壓接在示波器通道 A 一端，積分電路的輸出電壓接在示波器的通道 B 一端，如圖 9，便可對電路進行仿真，得出仿真結(jié)果，如圖 10。為滿足鋸齒波 010v 幅度可調(diào)以及調(diào)試的方便，我們?nèi)?R1 為 10k 的可調(diào)滑動變阻器,R3=7.8k，R6=4.7k,穩(wěn)壓管的幅度為 6.2v。由（3）式可知：鋸齒波的最大幅度理論值為：Uom =（ R1+R6）/R3*Uz=14.7/7.8*5=約 10v 。電路中采用的是虛擬器件，因此有可能影響仿真結(jié)果，由圖 10 可知，仿真時鋸齒波的最大幅度可達 11.2v，比理論值稍大。仿真結(jié)果同預(yù)期結(jié)果大體相同。2.5 實物焊接、調(diào)試與測試按照圖 9 焊接實物，如圖 11 連接實物并進行調(diào)試與測試,得到波形圖 12，與仿真結(jié)果大體相同，符合設(shè)計要求。圖 11 實物焊接及其調(diào)試與測試本科生課程設(shè)計（論文）10 圖 12 鋸齒波與方波調(diào)試結(jié)果本科生課程設(shè)計（論文）11第 3 章 課程設(shè)計總結(jié)本次課程設(shè)計要求設(shè)計頻率幅度可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器，根據(jù)所學(xué)的知識以及在圖書館、上網(wǎng)查閱資料，對題目的要求進行了電路的設(shè)計。然后進行細節(jié)的分析，理論的驗證，進行對比，決定了一套最適合方案。為了做好