設(shè)計(jì)制作一個(gè)產(chǎn)生正弦波—方波—三角波函數(shù)轉(zhuǎn)換器

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)課題:設(shè)計(jì)制作一個(gè)產(chǎn)生正弦波方波三角波函數(shù)轉(zhuǎn)換器專業(yè)班級(jí)： 電信本 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)：46 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 01/05 設(shè)計(jì)制作一個(gè)產(chǎn)生正弦波方波鋸齒波函數(shù)轉(zhuǎn)換器一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1、 輸出波形頻率范圍為0.02KHz20kHz且連續(xù)可調(diào)；2、 正弦波幅值為±2V；3、 方波幅值為2V；4、 三角波峰-峰值為2V，占空比可調(diào)；5、 分別用三個(gè)發(fā)光二極管顯示三種波形輸出；  6、用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)電路所需的正負(fù)直流電源（±12V

2、）。二、方案設(shè)計(jì)與論證設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生三種不同的波形分別為正弦波、方波、三角波。正弦波可以通過RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生。正弦波通過滯回比較器可以轉(zhuǎn)換成方波，方波通過一個(gè)積分電路可以轉(zhuǎn)換成三角波，只要調(diào)節(jié)三角波的占空比就可以得到鋸齒波。各個(gè)芯片的電源可用直流電源提供。方案一1、直流電源部分電路圖如圖1所示圖1 直流電源2、波形產(chǎn)生部分 正、反積分時(shí)間常數(shù)可調(diào)的積分電路方案一： 滯回比較器 LC正弦波振蕩電路 LC正弦波振蕩電路與RC橋式正弦波振蕩電路的組成原則在本質(zhì)上是相似的，只是選頻網(wǎng)絡(luò)采用LC電路。在LC振蕩電路中，當(dāng)f=f0時(shí)，放大電路的放大倍數(shù)數(shù)值最大，而其余頻率的信號(hào)均被衰減到零；引入正

3、反饋后，使反饋電壓作為放大電路的輸入電壓，以維持輸出電壓，從而形成正弦波振蕩。方案二1、 直流電源部分同上2、電路圖如圖2所示圖2 正弦波方波三角波函數(shù)轉(zhuǎn)換電路 方案論證LC正弦波振蕩電路特別是方案一所采取的電感反饋式振蕩電路中N1與N2之間耦合緊密，振幅大；當(dāng)C采用可變電容時(shí)，可以獲得調(diào)節(jié)范圍較寬的振蕩頻率，最高頻率可達(dá)幾十兆赫茲。由于反饋電壓取自電感，對(duì)高頻信號(hào)具有較大的電抗，輸出電壓波形中常含有高次諧波。因此，電感反饋式振蕩電路常用在對(duì)波形要求不高的設(shè)備之中，如高頻加熱器、接受機(jī)的本機(jī)振蕩電路等。另外由于LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率較高，所以放大電路多采用分立元件電路，必要時(shí)還應(yīng)采用共基

4、電路。因此對(duì)于器材的選擇及焊接的要求提高了。 相反，RC正弦波振蕩電路的振蕩頻率較低，一般在1MHz以下，它是以RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)，以電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路為放大環(huán)節(jié)，具有振蕩頻率穩(wěn)定，帶負(fù)載能力強(qiáng)，輸出電壓失真小等優(yōu)點(diǎn)，因此獲得相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。另外對(duì)于器材的要求也不高，都是寫常見的的集成塊、電容、電位器等。在布局方面，簡單，清晰！ 綜合對(duì)比兩種方案，我選擇第二種方案。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 1、直流電源（1）、整流電路設(shè)變壓器副邊電壓U2=,U2為其有效值。 則：輸出電壓的平均值 輸出電流的平均值 IO(AV)=0.9U2/RL脈動(dòng)系數(shù) S=2/3=0.67二極管的選擇

5、 最大鎮(zhèn)流電流IF>1.1 最高反向工作電壓URM>1.1（2）、濾波電路 UO(AV)=U2(1-T/4RLC) 當(dāng)RLC=(35)T/2時(shí)，UO(AV) =1.2U2脈動(dòng)系數(shù)為 S=濾波后的電壓：（3）、穩(wěn)壓電路 在穩(wěn)壓二極管所組成的穩(wěn)壓電路中，利用穩(wěn)壓管所起的電流調(diào)節(jié)作用，通過限流電阻R上電壓或電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償，來達(dá)到穩(wěn)壓的目的。限流電阻R是必不可少的元件，它既限制穩(wěn)壓管中的電流使其正常工作，又與穩(wěn)壓管相配合以達(dá)到穩(wěn)壓的目的。一般情況下，在電路中如果有穩(wěn)壓管存在，就必然有與之匹配的限流電阻。 1)穩(wěn)壓電路輸入電壓UI的選擇： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般選取UI=(23)UO UI確定后

6、，就可以根據(jù)此值選擇整流濾波電路的元件參數(shù)。 2)穩(wěn)壓管的選擇： UZ=UO; IZmax-IZmin>ILmax-ILmin; 穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流IZM>=ILmax+ILmin 3）限流電阻R的選擇： 通過查手冊(cè)可知：IZMIN<=IDZ<=IZMAX; 計(jì)算可知:=（UImin-UZ)/(IZ+ILmax） Rmin=(UImax-UZ)/(IZM+ILmin)其中變壓器用 220V15V規(guī)格的選的三端穩(wěn)壓器為：LM7812、LM7912，整流用的二極管可用1N4007 ，電解電容用3300uf C7與C8可用220Uf電容C3與C3可用0.3322Uf C5與C

7、6可用0.1uF ，發(fā)光二極管上的R用 1K。2、 波形轉(zhuǎn)換部分（1）、RC正弦波振蕩電路的參數(shù)設(shè)計(jì) RC正弦波振蕩電路圖如圖3所示令R2=R=R圖3 RC正弦波振蕩電路F=UfUo= 整理可得F=令W。=1/RC,則 f。=1/2RC,根據(jù)起振條件和幅值平衡條件 Au=U。/Up=1+Rf/R13，整理得：Rf2R1因?yàn)檩敵霾ㄐ晤l率范圍為0.02KHz20KHz,取C=0.22Uf,故R=(0.02K-3.6K),用5K的電位器去調(diào)，且正弦波的幅值為2V,故R1用10K的電位器，Rf用50K的電位器。正弦波發(fā)生器仿真電路圖如圖4所示圖4 RC正弦波振蕩電路的仿真電路圖 方波 滯回比較器正弦波

8、方波轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)原理如圖5所示 正弦波發(fā)生電路圖5 正弦波方波轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)原理方框圖滯回比較器如圖6所示，其電壓傳輸特性如圖7所示圖6 滯回比較器 圖7 電壓傳輸特性電路組成：集成運(yùn)放uA741,R5,R6圖6為一種電壓比較器電路，雙穩(wěn)壓管用于輸出電壓限幅，R3起限流作用，R1和R2構(gòu)成正反饋，運(yùn)算放大器當(dāng)Up>Uc時(shí)工作在正飽和區(qū)，而當(dāng)Uc>Up時(shí)工作在負(fù)飽和區(qū)。從電路結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)輸入電壓U小于某一負(fù)值電壓時(shí)，輸出電壓U。= -UZ；當(dāng)輸入電壓U大于某一電壓時(shí)，uo= +UZ。又由于“虛斷”、“虛短”Up=Uc=0，由此可確定出翻轉(zhuǎn)時(shí)的輸入電壓。up用ui和uo表示，有=un=0得此

9、時(shí)的輸入電壓Uth稱為閾值電壓。滯回電壓比較器的直流傳遞特性如圖7所示。設(shè)輸入電壓初始值小于-Uth，此時(shí)uo= -UZ ；增大ui，當(dāng)ui=Uth時(shí)，運(yùn)放輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入正飽和區(qū)。如果初始時(shí)刻運(yùn)放工作在正飽和區(qū)，減小ui ，當(dāng)ui= -Uth時(shí)，運(yùn)放則開始進(jìn)入負(fù)飽和區(qū)。 由于是正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，輸出端加一個(gè)限流電阻R7=2K,根據(jù)設(shè)計(jì)要求方波幅值為2V，因此選擇的穩(wěn)壓二極管可選用穩(wěn)壓為3.3V的，共兩個(gè)。正弦波方波轉(zhuǎn)換仿真電路圖如圖8所示圖8 正弦波方波轉(zhuǎn)換仿真電路圖正、反積分時(shí)間常數(shù)可調(diào)的積分電路方波鋸齒波轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)原理如圖9所示 鋸齒波 方波發(fā)生電路圖9 方波鋸齒波轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)原理電路

10、組成：（1） 積分運(yùn)算電路 積分運(yùn)算電路如圖10所示 圖10 積分運(yùn)算電路由于“虛地”，U-=0,故： Uo=-Uc由于“虛斷”，i1=iC, 故： Ui=i1R=icR得：； = RC（積分時(shí)間常數(shù)）由上式可知，利用積分電路可以實(shí)現(xiàn)方波三角波的波形變換。(2)占空比可調(diào)電路方波三角波轉(zhuǎn)換電路的仿真圖如圖11所示圖11 方波三角波轉(zhuǎn)換電路的仿真圖 由于是方波三角波波轉(zhuǎn)換電路，因此在第二個(gè)集成塊的輸出端加上個(gè)限流阻R5=2K,根據(jù)設(shè)計(jì)要求三角波的峰峰值為2V，且占空比可調(diào)。Uo=-Uz(t1-t0)+UO(t0) 當(dāng)Uo=Uz(t2-t1)+UO(t1)T= ,取R9、R5為10K的電位器，R8

11、為50K電位器。解之可得：R6=282/T=282f=0.0968K9.68K，因此取R6=10K，積分電路中C=220nf,改變占空比的二極管可選用2個(gè)1N4007,補(bǔ)償電阻R12可選取10K，以保證集成運(yùn)放輸入級(jí)差分放大電路的對(duì)稱性。 四、總原理圖及元器件清單1、總原理圖 （1）、直流電流如圖12所示 圖12 直流電源 （2）、正弦波方波三角波函數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖13所示圖13 正弦波方波三角波函數(shù)轉(zhuǎn)換電路3、 元件清單元件清單如表1所示元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注（價(jià)錢）變壓器15V19元三端穩(wěn)壓器LM781211.2元三端穩(wěn)壓器LM791211.2元電阻68、2K、10K15K、1K3、1

12、、31、20.1元芯片Ua74131.5元電位器 5K、50K2、10.5元電位器 10K40.5元電容 0.22uf30.5元二極管1N400780.1元發(fā)光二極管50.3元穩(wěn)壓管 3.3V20.25元大號(hào)焊接板12.0元大電容耐壓35V以上3300uf、220uf2、20.5元小電容0.1uf、0.33uf2、20.3元導(dǎo)線13元表1 元件清單5、 安裝與調(diào)試 1、 直流穩(wěn)壓電源（1）、按所設(shè)計(jì)得電路圖在電路板上做好布局，準(zhǔn)備焊接電路板。（2）、用萬用表測(cè)得輸出為+11.9V和-12.1V，與理論值有一定的誤差；并且測(cè)出7812、7912輸入與輸出的壓差分別為+9.2和-9.2，并記錄。2

13、、正弦波、方波、三角波波形轉(zhuǎn)換 （1）、按照設(shè)計(jì)好的電路圖正確地布局好電路，焊接電路板. （2）、經(jīng)“起振”調(diào)試后用示波器可測(cè)得各輸出端的波形，并記錄。（3）、 用示波器讀出格數(shù)，計(jì)算峰峰值；然后用數(shù)字毫伏表讀出其有效值，并記錄。 (4)、 調(diào)節(jié)各個(gè)電位器，用函數(shù)發(fā)生器的輸入端測(cè)出各個(gè)波形的頻率范圍，并記錄。6、 性能測(cè)試與分析 1、直流電源部分輸出：+11.9V，-12.1V。穩(wěn)壓塊電勢(shì)差：LM7812為9.2V，LM7912為9.2V。誤差分析：LM7812端的輸出：（11.9-12）/12100 %=0.83%。 LM7912端的輸出：（12.1-12）/12100 %=0.83%。2、

14、波形轉(zhuǎn)換部分 經(jīng)“起振”調(diào)試后用示波器可測(cè)得各輸出端的波形，并記錄。用示波器讀出格數(shù)，計(jì)算峰峰值；然后用數(shù)字毫伏表讀出其有效值，并記錄。調(diào)節(jié)各個(gè)電位器，用函數(shù)發(fā)生器的輸入端測(cè)出各個(gè)波形的頻率范圍，并記錄。 數(shù)據(jù)記錄：（1）、正弦波（幅值可調(diào)、頻率可調(diào)）峰-峰值：Up-p=22=4V 有效值為：U=4/2=1.41V頻率調(diào)節(jié)范圍為：187.6HZ12.67KHZ相對(duì)誤差：（1.4144-1.41）/1.41100%=0.31%（2）、方波峰-峰值：Up-p=2.52V=5V 有效值為：U=5/2=1.768V 相對(duì)誤差：|2.5-2|/2100%=25%（3）、三角波峰-峰值：Up-p=22V=

15、4V 有效值為：U=4/2=1.414V 相對(duì)誤差：|2-2|/2100%=0誤差分析：1、 電路參數(shù)選擇不合理2、 焊電路板的時(shí)候，焊點(diǎn)時(shí)間太長了，影響了器件的阻值3、 焊點(diǎn)不緊湊4、 直流電源輸出的信號(hào)不是標(biāo)準(zhǔn)的±12V5、 讀數(shù)時(shí)未正視6、 電位器太多了，不便于調(diào)節(jié)七結(jié)論與心得實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1、 若正弦波失真，可調(diào)電位器R1,若不能穩(wěn)幅，則調(diào)電位器Rf。2、 調(diào)節(jié)電位器的滑動(dòng)端可以改變占空比。3、 調(diào)節(jié)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的電位器可改變正弦波的頻率。心得：這次的課程設(shè)計(jì)的方案很快就出來了，可是，由于電位器太多了，特別不好調(diào)試。調(diào)了一天才終于調(diào)試出來，雖然久，但是心里還是有一點(diǎn)的成就感，因

16、為從小就對(duì)電有種恐懼感。這次的課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多，不僅僅是課內(nèi)的知識(shí)，比如，我們必須將所學(xué)的理論知識(shí)同客觀實(shí)際相結(jié)合，才能真正的學(xué)好！而且，團(tuán)隊(duì)合作在試驗(yàn)中有著舉足輕重的重要。8、 參考文獻(xiàn)1、 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第四版 童詩白與華成英主編 ,高等教育出版社 .（2006）；2、 電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試（第二版）謝自美主編, 華中理工大學(xué)出版社；3、 模擬電子技術(shù) 王港元主編, 機(jī)械工業(yè)出版社. （1994）4、 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分） 康華光主編 , 高等教育出版社.（1999）。5、 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì) 畢滿清 主編， 機(jī)械工業(yè)出版社， 20066、 電子線路線性部分（第四版） 謝

17、嘉奎 主編高等教育出版社，19997、 電子實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)贛南師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院.物理與電子信息學(xué)院模擬電路課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表專業(yè)：電子信息工程班級(jí)：電信本學(xué)號(hào)：46姓名： 課題名稱設(shè)計(jì)制作一個(gè)產(chǎn)生正弦波方波鋸齒波函數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 輸出波形頻率范圍為0.02KHz20kHz且連續(xù)可調(diào)； 正弦波幅值為±2V，； 方波幅值為2V； 鋸齒波峰-峰值為2V，占空比可調(diào)； 分別用三個(gè)發(fā)光二極管顯示三種波形輸出；  用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)電路所需的正負(fù)直流電源（±12V）。設(shè)計(jì)報(bào)告成績?cè)u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：有合理的方案設(shè)計(jì)和論證、電路參