正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路

1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)課題：設(shè)計(jì)正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路，滿足以下要求：正弦波-方波-三角波的頻率在100HZ20KHZ范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；正弦波-方波的輸出信號(hào)幅值為6V，三角波輸出信號(hào)幅值為02V連續(xù)可調(diào)；正弦波失真度 M5%二、課程設(shè)計(jì)目的：鞏固所學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)；實(shí)踐所掌握的電子制作技能；會(huì)運(yùn)用EDA工具對(duì)所作出的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬仿真測(cè)試，進(jìn)一步完善理論設(shè) 計(jì)；通過(guò)查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，熟悉常用電子器件的類(lèi)型和特性，并掌握合理選 用元器件的原則；學(xué)會(huì)撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告；培養(yǎng)實(shí)事求是，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和嚴(yán)肅的工作作風(fēng)。.三、電路方案與系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能框圖設(shè)計(jì)要求為實(shí)現(xiàn)

2、正弦波-方波-三角波之間的轉(zhuǎn)換。正弦波可以通過(guò)文氏橋 RC振蕩電路產(chǎn)生。正弦波通過(guò)滯回比較器可以轉(zhuǎn)換成方波，方波通過(guò)一個(gè)積分 電路可以轉(zhuǎn)換成三角波，三角波的幅值要求可調(diào)。各個(gè)芯片的電源可用土 12V直 流電源提供。單元電路設(shè)計(jì)正弦波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)原理常見(jiàn)的RC正弦波振蕩電路是RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路，它又被稱(chēng)為文氏 橋正弦波振蕩電路。串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在此作為選頻和反饋網(wǎng)絡(luò)。產(chǎn)生正弦振蕩的條件正弦波產(chǎn)生電路的目的就是使電路產(chǎn)生一定頻率和幅度的正弦波，我們一般 在放大電路中引入正反饋，并創(chuàng)造條件，使其產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的振蕩。正弦波產(chǎn)生電路的基本結(jié)構(gòu)是：引入正反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)和放大電路。接入正反饋 是產(chǎn)生振蕩的首

3、要條件，它又被稱(chēng)為相位條件；產(chǎn)生振蕩必須滿足幅度條件；要 保證輸出波形為單一頻率的正弦波，必須具有選頻特性；同時(shí)它還應(yīng)具有穩(wěn)幅特 性。振蕩頻率與起振條件f =振蕩頻率：02 RC起振條件：F = 1AF 1當(dāng)f二f0時(shí)，3由振蕩條件知：，所以起振條件為:1 3 同相比例運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)為：人廣1+ R，即要R 2R4正弦波產(chǎn)生電路一般包括：放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅電路個(gè)部分。放大電路:保證電路能夠有從起振到動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，電路獲得一定幅值的輸出值，實(shí) 現(xiàn)自由控制。RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率，是電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩，即保證電路產(chǎn)生正弦波 振蕩。正反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使

4、放大電路的輸入信號(hào)等于其反饋信號(hào)。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是輸出信號(hào)幅值穩(wěn)定。在回路中串聯(lián)二個(gè)并聯(lián)的 1BH62 二極管可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)幅，加入二極管是通過(guò)改變運(yùn)放的放大倍數(shù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅 的。運(yùn)放的輸出電壓超過(guò)一定幅值時(shí)，此時(shí)用比例運(yùn)放倍數(shù)會(huì)減小，輸出電壓下 降。從而達(dá)到電壓穩(wěn)幅的目的。正弦波發(fā)生器仿真電路圖R1：F?1i說(shuō)ka1k1BHG2.SumR212VUTAVDDX5C19%LM324AJIMF1.05& kHz正弦波一方波轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)原理電路組成：如圖1電壓比較器電路中雙穩(wěn)壓管用于輸出電壓限幅，r3起限流作用，r2和 R構(gòu)成正反饋，運(yùn)算放大器當(dāng)Up Un時(shí)工作在正飽和區(qū)，而當(dāng)Un U

5、p時(shí)1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 j壓U=-U；當(dāng)輸入電壓Uj大于某一電壓時(shí)，U+Uz。又由于“虛斷”、“虛短”ozUn 0 ,由此可確定出翻轉(zhuǎn)時(shí)的輸入電壓。Up用Uj和Uo表示，有rr_ U + _ U_, +RR,2,rR2R 2 i + R r U o = U = 0R + RoUi 得此時(shí)的輸入電壓Uth稱(chēng)為閾值電壓。滯回電壓比較器的直流傳遞特性如圖2所示。設(shè)輸入電壓 初始值小于-U比，此時(shí)Uo= -Uz；增大Uj,當(dāng)Ui=U,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) 始進(jìn)入負(fù)飽和區(qū)。th減小Uj，當(dāng)Uj=-Uth

6、時(shí)，運(yùn)放則開(kāi)正弦波一方波轉(zhuǎn)換仿真電路圖II1湫口VCC12VLJ1Ar ：tr iR2IR5VAIhQ6.25 3 V 5.737 y IL 986 V時(shí)fil23.407ms ms 4+4.444 leR31#4甜口D1SI+ _L I專(zhuān)仔 229S3T2ri-vw4.5kDLM324AJLM324AJ方波一三角波轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)原理積分運(yùn)算電路故:Uo=-Uc 由積分運(yùn)算電路如上圖，由于“虛地”，U-=0,于“虛斷”，ijic,U*二icR 得=U = - J i dt =c C c1RCJ udtt=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。方波一三角波轉(zhuǎn)換

7、仿真電路圖元器件與參數(shù)設(shè)計(jì):LM324內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器，適合 于電源電壓范圍很寬的單電源使用， 也適用于雙電源工作模式，在推薦的工 作條件下，電源 電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流 增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合等。RC正弦波振蕩電路的參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求輸出波形頻率范圍為100Hz20kHz且連續(xù)可調(diào)，正弦波幅值為6V，根據(jù)氣=2RC，取C=10nf，解之可得，R的取值范圍、，因此RC選頻網(wǎng)絡(luò) 用兩個(gè)600Q的固定電阻、R11，兩個(gè)158K電位器RR12和兩個(gè)10nf的電容C C2組成串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于電壓幅值6

8、V，可以通過(guò)的電阻和1K的電阻R4調(diào)節(jié)而 得到。在回路中串聯(lián)二個(gè)并聯(lián)的1BH62二極管可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)幅。方波電路的參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求方波幅值為6V,選擇的穩(wěn)壓二極管可選用穩(wěn)壓管IN5759A，其穩(wěn)壓電壓為土17V，另加一阻值為的用于限流，兩個(gè)10K電阻、R6構(gòu)成正 反饋，選擇的穩(wěn)壓二極管可選用穩(wěn)壓管IN5759A。三角波電路的參數(shù)設(shè)計(jì)由于是方波一三角波轉(zhuǎn)換電路，因此在第三個(gè)LM324AD的輸出端加上個(gè)限流 阻 R =10K 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 三角波的峰一峰值為2V 根據(jù)U =- U (t -1 )+ U (t ) I阻R 10K, 根據(jù)設(shè)計(jì)要求角波的J峰 峰值為2V，4根據(jù) o z 10 o 0，

9、8取R8為10K的電阻，R10為20K的電位器，積分電路中C3=，補(bǔ)償電阻R9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(chēng)性?？傠娐穲D與器材清單表1BH62XFC1K81DlkQVCCXDA1TH&口口口 口元件類(lèi)型元件序號(hào)主要參數(shù)數(shù)量運(yùn)算放大器LM324電壓增益高約100dB3電容C1,C2,C310nf,10nf,3電位器R1，R12158K2R1020K1R2,R11600Q2固定電阻R3,R4,R7,1K,3R5,R6,R8,R910K4二極管1BH62/2穩(wěn)壓管IN5759A穩(wěn)壓電壓為17V1總電路仿真結(jié)果TL tz aT2ri通道_D通道一日5.736 V5.736 V

10、.0 V通道工 -5l-B1 V -5,電V a.oao v通道_c1.345 V 1.345 V 0.000 V時(shí)間503.626 ms503.625 ms0.000 sI反向I保存IGNI迥O r四、設(shè)計(jì)總結(jié)（1）設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇問(wèn)題（已解決）理論計(jì)算所得的R、C值無(wú)法達(dá)成所要求的頻率條件根據(jù)理論計(jì)算，取C=10nf，可得R的取值范圍、，可使正弦波頻率從100HZ 至20KHz連續(xù)可調(diào)，而實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)調(diào)試，RC選頻網(wǎng)絡(luò)選用兩個(gè)600Q 的固定電阻R、R，兩個(gè)158K電位器R、R和兩個(gè)10nf的電容C、C組成串并21111212聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，使頻率從、可調(diào)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。正弦波幅值條件無(wú)法達(dá)到根據(jù)起振條件RF 2R4，開(kāi)始所設(shè)計(jì)電路中，R32R4，無(wú)法達(dá)到所要求的幅 值條件，經(jīng)分析討論，起振條件中的Rf應(yīng)包括及二極管阻值，經(jīng)反復(fù)調(diào)試得 到R3=Q，使正弦波幅值為6V（PP值約為12V）。（2）設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇問(wèn)題（未解決）正弦波20KHz時(shí)幅值不達(dá)標(biāo)根據(jù)理論計(jì)算及調(diào)試，使正弦波幅值為6V，但當(dāng)正弦波頻率升至20KHz時(shí)， 其幅值顯著減小，經(jīng)反復(fù)調(diào)試仍未解決。方波、三角波高頻時(shí)失真嚴(yán)重高頻時(shí)方波波形近似三角波，而三角