方波三角波正弦波

1、方波三角波正弦波電子線路CAD課程設(shè)計報告函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計 專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) 班級：電科二班 姓名： 郭曉超 學(xué)號： 1210 指導(dǎo)老師： 宋戈 電子通信與物理學(xué)院日期： 2015 年 12 月 31 日4指導(dǎo)教師評語目 錄 1 緒論1 2 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計總方案2 設(shè)計目的2 設(shè)計要求任務(wù)3 設(shè)計要求.3 3 原理圖設(shè)計 總體電路原理框圖4 各功能模塊的設(shè)計5 總體電路原理圖11 4 PCB板圖設(shè)計布局與布線12本設(shè)計PCB板圖14 5 總結(jié)14 6 參考文獻151. 緒論 在電子工程、通信工程、自動控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計算機等技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到各種各樣的信號波形發(fā)生器

2、。用三角波，方波發(fā)生電路實現(xiàn)的信號波形發(fā)生器與其它信號波形發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有了很大的提高。因此，本設(shè)計意在用LM324放大器設(shè)計一個產(chǎn)生方波正弦波的函數(shù)轉(zhuǎn)換器。為了使這三種波形實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，需要設(shè)計一個電路將直流電轉(zhuǎn)換成方波和三角波，繼而將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。首先直流電源通過一個同相滯回比電路轉(zhuǎn)換為方波，方波通過一個積分電路轉(zhuǎn)換為三角波，最后經(jīng)濾波電路（Rc振蕩電路產(chǎn)生）轉(zhuǎn)換為正弦波。從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計。（關(guān)鍵字：放大、波形轉(zhuǎn)換、積分）2. 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計總方案 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

3、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(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運算放大器與晶體管差分放大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)計方法，本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示：由

4、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差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，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。 設(shè)計目的1 掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計方法2掌握模擬IC器件的應(yīng)用3培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識來指導(dǎo)實踐的能力4掌握常用元器件的識別和測試5熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法 設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個方波-三角波-正弦波的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計要求1設(shè)計、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器2輸出波形：正弦波、方波、

5、三角波；3頻率范圍 ：在1010000Hz范圍內(nèi)可調(diào) ；4輸出電壓：方波U24V，三角波U8V，正弦波U>1V；3 原理圖設(shè)計 總體電路原理框圖系統(tǒng)功能框圖 各功能模塊的設(shè)計系統(tǒng)包含哪些模塊？分模塊設(shè)計電路原理圖。 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回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UT。Uo通過R3對電容C正向充電，如圖中實線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當(dāng)t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo從+U

6、z躍變?yōu)?Uz,與此同時Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過R3對電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時間逐漸增長而減低，當(dāng)t趨于無窮大時，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開始正相充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理方波三角波產(chǎn)生電路 工作原理如下：若a點斷開，運算發(fā)大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，R1稱為平衡電阻。比較器的輸出Uo1的高電平等于正電源

7、電壓+Vcc，低電平等于負電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 當(dāng)比較器的U+=U-=0時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。設(shè)Uo1=+Vcc,則 將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為 若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為 比較器的門限寬度由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖3-71所示。a點斷開后，運放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為時，時，可見積分器的輸入為方波時，輸出是一個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。a點閉合

8、，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為方波-三角波的頻率f為由以上兩式可以得到以下結(jié)論：1. 電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，PR2實現(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RP1可實現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波-三角波的頻率。 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差分放大電路來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點漂

9、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。分析表明，傳輸特性曲線的表達式為：式中差分放大器的恒定電流；溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時，UT26mV。如果Uid為三角波，設(shè)表達式為式中Um三角波的幅度； T三角波的周期。為使輸出波形更接近正弦波，由圖可見：（1） 傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越好；（2） 三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。（3） 圖為實現(xiàn)三角波正弦波變換的電路。其中Rp1調(diào)節(jié)三角波的幅度，Rp2調(diào)整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容C1,C2,C3為隔直電容，C4為濾波電容，以濾

10、除諧波分量，改善輸出波形。 三角波正弦波變換電路電路的參數(shù)選擇及計算1.方波-三角波中電容C1變化（關(guān)鍵性變化之一）實物連線中，我們一開始很長時間出不來波形，后來將C2從10uf（理論時可出來波形）換成時，順利得出波形。實際上，分析一下便知當(dāng)C2=10uf時，頻率很低，不容易在實際電路中實現(xiàn)。2.三角波-正弦波部分比較器A1與積分器A2的元件計算如下。由式（3-61）得即取 ，則，取 ，RP1為47K的點位器。區(qū)平衡電阻由式（3-62）即當(dāng)時，取，則，取，為100K電位器。當(dāng)時 ，取以實現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻。三角波>正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容

11、C3、C4、C5要取得較大，因為輸出頻率很低，取，濾波電容視輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多，可取得較小，一般為幾十皮法至微法。RE2=100歐與RP4=100歐姆相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的幾靜態(tài)工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調(diào)整RP4及電阻R*確定。 總體電路原理圖4 PCB板圖設(shè)計布局與布線 布局基本規(guī)則本PCB板中，器件布局遵循了哪些基本規(guī)則？元件布局基本規(guī)則1. 按電路模塊進行布局，實現(xiàn)同一功能的相關(guān)電路稱為一個模塊，電路模塊中的元件應(yīng)采用就近集中原則，同時數(shù)字電路和模擬電路分開2.定位孔、標(biāo)準(zhǔn)孔等非安裝孔周圍 內(nèi)不得貼裝元、器件，螺釘?shù)劝惭b孔周圍（對于）、4m

12、m（對于M3）內(nèi)不得貼裝元器件。3. 臥裝電阻、電感（插件）、電解電容等元件的下方避免布過孔，以免波峰焊后過孔與元件殼體短路。4. 元器件的外側(cè)距板邊的距離為5mm。5. 貼裝元件焊盤的外側(cè)與相鄰插裝元件的外側(cè)距離大于2mm。6. 金屬殼體元器件和金屬件（屏蔽盒等）不能與其它元器件相碰，不能緊貼印制線、焊盤，其間距應(yīng)大于2mm。定位孔、緊固件安裝孔、橢圓孔及板中其它方孔外側(cè)距板邊的尺寸大于3mm。7. 發(fā)熱元件不能緊鄰導(dǎo)線和熱敏元件；高熱器件要均衡分布8. 電源插座要盡量布置在印制板的四周，電源插座與其相連的匯流條接線端應(yīng)布置在同側(cè)。特別應(yīng)注意不要把電源插座及其它焊接連接器布置在連接器之間，以

13、利于這些插座、連接器的焊接及電源線纜設(shè)計和扎線。電源插座及焊接連接器的布置間距應(yīng)考慮方便電源插頭的插拔。9. 其它元器件的布置所有IC 元件單邊對齊，有極性元件極性標(biāo)示明確，同一印制板上極性標(biāo)示不得多于兩個方向出現(xiàn)兩個方向時，兩個方向互相垂直。10、板面布線應(yīng)疏密得當(dāng)，當(dāng)疏密差別太大時應(yīng)以網(wǎng)狀銅箔填充，網(wǎng)格大于8mil(或。11、貼片焊盤上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虛焊。重要信號線不準(zhǔn)從插座腳間穿過。12、貼片單邊對齊，字符方向一致，封裝方向一致。13、有極性的器件在以同一板上的極性標(biāo)示方向盡量保持一致 布線基本規(guī)則本PCB板中，器件布線遵循了哪些基本規(guī)則？元件布線規(guī)則1、 &

14、#160;  畫定布線區(qū)域距PCB板邊1mm的區(qū)域內(nèi)，以及安裝孔周圍1mm內(nèi)，禁止布線2、    電源線盡可能的寬，不應(yīng)低于18mil；信號線寬不應(yīng)低于12mil；cpu入出線不應(yīng)低于10mil（或8mil）；線間距不低于10mil3、    正常過孔不低于30mil4、     雙列直插：焊盤60mil，孔徑40mil1/4W電阻： 51*55mil（0805表貼）；直插時焊盤62mil，孔徑42mil無極電容：  51*5

15、5mil（0805表貼）；直插時焊盤50mil，孔徑28mil5、    注意電源線與地線應(yīng)盡可能呈放射狀，以及信號線不能出現(xiàn)回環(huán)走線 PCB設(shè)計中的注意事項本PCB板中，  在PCB電路板設(shè)計中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計的重要步驟，可以說前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的，在整個PCB中，以布線的設(shè)計過程限定最高，技巧最細、工作量最大。PCB布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動布線及交互式布線，在自動布線之前，可以用交互式預(yù)先對要求比較嚴格的線進行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應(yīng)加地線

16、隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。自動布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定， 包括走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通孔的數(shù)目、步進的數(shù)目等。一般先進行探索式布經(jīng)線，快速地把短線連通，然后進行迷宮式布線，先把要布的連線進行全局的布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要斷開已布的線。并試著重新再布線，以改進總體效果。在PCB設(shè)計中，應(yīng)注意的事項PCB電路板布局設(shè)計中格點的設(shè)置技巧設(shè)計在不同階段需要進行不同的各點設(shè)置，在布局階段可以采用大格點進行器件布局；對于IC、非定位接插件等大器件，可以選用50100mil的格點精度進行布局，而對于電阻電容和電感等無源小器件，可采用25mil的格點進行布局。大格點的精度有利于