正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路

1、模擬電子技術課程設計報告一、設計課題：設計正弦波-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-方波的輸出信號幅值為6V，三角波輸出信號幅值為02V連續(xù)可調(diào)；正弦波失真度 M5%二、課程設計目的：鞏固所學的相關理論知識；實踐所掌握的電子制作技能；會運用EDA工具對所作出的理論設計進行模擬仿真測試，進一步完善理論設 計；通過查閱手冊和文獻資料，熟悉常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選 用元器件的原則；學會撰寫課程設計報告；培養(yǎng)實事求是，嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和嚴肅的工作作風。.三、電路方案與系統(tǒng)、參數(shù)設計電路系統(tǒng)設計及功能框圖設計要求為實現(xiàn)

2、正弦波-方波-三角波之間的轉(zhuǎn)換。正弦波可以通過文氏橋 RC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)。各個芯片的電源可用土 12V直 流電源提供。單元電路設計正弦波發(fā)生器實驗原理常見的RC正弦波振蕩電路是RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路，它又被稱為文氏 橋正弦波振蕩電路。串并聯(lián)網(wǎng)絡在此作為選頻和反饋網(wǎng)絡。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；同時它還應具有穩(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f二f0時，3由振蕩條件知：，所以起振條件為:1 3 同相比例運放的電壓放大倍數(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、選頻網(wǎng)絡、穩(wěn)幅電路個部分。放大電路:保證電路能夠有從起振到動態(tài)平衡的過程，電路獲得一定幅值的輸出值，實 現(xiàn)自由控制。RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡：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：引入正反饋，使

4、放大電路的輸入信號等于其反饋信號。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是輸出信號幅值穩(wěn)定。在回路中串聯(lián)二個并聯(lián)的 1BH62 二極管可實現(xiàn)自動穩(wěn)幅，加入二極管是通過改變運放的放大倍數(shù)實現(xiàn)穩(wěn)幅 的。運放的輸出電壓超過一定幅值時，此時用比例運放倍數(shù)會減小，輸出電壓下 降。從而達到電壓穩(wěn)幅的目的。正弦波發(fā)生器仿真電路圖R1：F?1i說ka1k1BHG2.SumR212VUTAVDDX5C19%LM324AJIMF1.05& kHz正弦波一方波轉(zhuǎn)換器實驗原理電路組成：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，運算放大器當Up Un時工作在正飽和區(qū)，而當Un U

5、p時1工作在負飽和區(qū)。從電路結(jié)構(gòu)可知，當輸入電壓U小于某一負值電壓時，輸出電 j壓U=-U；當輸入電壓Uj大于某一電壓時，U+Uz。又由于“虛斷”、“虛短”ozUn 0 ,由此可確定出翻轉(zhuǎn)時的輸入電壓。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2所示。設輸入電壓 初始值小于-U比，此時Uo= -Uz；增大Uj,當Ui=U,時，運放輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，進入 正飽和區(qū)。如果初始時刻運放工作在正飽和區(qū) 始進入負飽和區(qū)。th減小Uj，當Uj=-Uth

6、時，運放則開正弦波一方波轉(zhuǎn)換仿真電路圖II1湫口VCC12VLJ1Ar ：tr iR2IR5VAIhQ6.25 3 V 5.737 y IL 986 V時fil23.407ms ms 4+4.444 leR31#4甜口D1SI+ _L I專仔 229S3T2ri-vw4.5kDLM324AJLM324AJ方波一三角波轉(zhuǎn)換器實驗原理積分運算電路故:Uo=-Uc 由積分運算電路如上圖，由于“虛地”，U-=0,于“虛斷”，ijic,U*二icR 得=U = - J i dt =c C c1RCJ udtt=RC （積分時間常數(shù)）由上式可知，利用積分電路可以實現(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)設計:LM324內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)倪\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 電流與電源電壓無關。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算放大器的場合等。RC正弦波振蕩電路的參數(shù)設計根據(jù)設計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 用兩個600Q的固定電阻、R11，兩個158K電位器RR12和兩個10nf的電容C C2組成串并聯(lián)網(wǎng)絡。對于電壓幅值6

8、V，可以通過的電阻和1K的電阻R4調(diào)節(jié)而 得到。在回路中串聯(lián)二個并聯(lián)的1BH62二極管可實現(xiàn)自動穩(wěn)幅。方波電路的參數(shù)設計根據(jù)設計要求方波幅值為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)設計由于是方波一三角波轉(zhuǎn)換電路，因此在第三個LM324AD的輸出端加上個限流 阻 R =10K 根據(jù)設計要求 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)設計要求角波的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=，補償電阻R9可選取10K， 以保證集成運放輸入級差分放大電路的對稱性?？傠娐穲D與器材清單表1BH62XFC1K81DlkQVCCXDA1TH&口口口 口元件類型元件序號主要參數(shù)數(shù)量運算放大器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時間503.626 ms503.625 ms0.000 sI反向I保存IGNI迥O r四、設計總結(jié)（1）設計過程中所遇問題（已解決）理論計算所得的R、C值無法達成所要求的頻率條件根據(jù)理論計算，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)，而實際設計過程中，經(jīng)過調(diào)試，RC選頻網(wǎng)絡選用兩個600Q 的固定電阻R、R，兩個158K電位器R、R和兩個10nf的電容C、C組成串并21111212聯(lián)網(wǎng)絡，使頻率從、可調(diào)，達到設計要求。正弦波幅值條件無法達到根據(jù)起振條件RF 2R4，開始所設計電路中，R32R4，無法達到所要求的幅 值條件，經(jīng)分析討論，起振條件中的Rf應包括及二極管阻值，經(jīng)反復調(diào)試得 到R3=Q，使正弦波幅值為6V（PP值約為12V）。（2）設計過程中所遇問題（未解決）正弦波20KHz時幅值不達標根據(jù)理論計算及調(diào)試，使正弦波幅值為6V，但當正弦波頻率升至20KHz時， 其幅值顯著減小，經(jīng)反復調(diào)試仍未解決。方波、三角波高頻時失真嚴重高頻時方波波形近似三角波，而三角