正弦波-方波-鋸齒波函數(shù)轉(zhuǎn)換器Word版

整理為word格式整理為word格式整理為word格式課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱：模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：正弦波-方波-鋸齒波函數(shù)轉(zhuǎn)換器學(xué)院名稱：信息工程學(xué)院專業(yè)：通信工程班級：090421學(xué)號：09042134姓名：趙尚虎評分：教師：2011年3月整理為word格式整理為word格式整理為word格式任務(wù)書題目3：設(shè)計(jì)制作一個產(chǎn)生正弦波—方波—鋸齒波函數(shù)轉(zhuǎn)換器。設(shè)計(jì)任務(wù)和要求輸出波形頻率范圍為0.02Hz~20KHz且連續(xù)可調(diào)；正弦波幅值為±2V；方波幅值為2 V；鋸齒波峰-峰值為2V，占空比可調(diào)；整理為word格式整理為word格式整理為word格式摘要本次課程設(shè)計(jì)的目的是：應(yīng)用電路分析低頻等所學(xué)的知識設(shè)計(jì)一個正弦波-方波-鋸齒波函數(shù)發(fā)生器。設(shè)計(jì)的正弦波-方波-鋸齒波函數(shù)發(fā)生器是由正弦波發(fā)生器、過零比較器、積分電路等三大部分組成。正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波，正弦波經(jīng)過過零比較器轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲?，方波?jīng)過積分電路產(chǎn)生鋸齒波。關(guān)鍵字：正弦波、方波、鋸齒波整理為word格式整理為word格式整理為word格式目錄第一章設(shè)計(jì)目的及任務(wù)1.1課程設(shè)計(jì)的目的………51.2課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求………………51.3課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)…………………5第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇……………2.1方案提出………………62.2方案論證和選擇………6第三章系統(tǒng)組成及工作原理………………3.1系統(tǒng)組成………………73.2正弦波發(fā)生電路的工作原理…………73.3正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的工作原理……83.4方波轉(zhuǎn)換成鋸齒波電路的工作原理…………………93.5總電路圖………………11第四章單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇……4.1正弦波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)………………124.2正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的設(shè)計(jì)…………134.3方波轉(zhuǎn)換成鋸齒波電路的設(shè)計(jì)………14第五章實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測試結(jié)果與分析……………5.1電路總體仿真圖如下所示……………175.2調(diào)試方法與調(diào)試過程…………………18第六章結(jié)論………………21參考文獻(xiàn)……………………23附錄（元器件清單）……………………23整理為word格式整理為word格式整理為word格式第一章設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)1．1課程設(shè)計(jì)的目的1．掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法2．掌握模擬器件的應(yīng)用3．培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識來指導(dǎo)實(shí)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1．2課程設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.設(shè)計(jì)制作一個正弦波-方波-鋸齒波函數(shù)轉(zhuǎn)換器2.能同時輸出一定頻率一定幅度的3種波形：正弦波、方波和鋸齒波3.可以用±12V或±15V直流穩(wěn)壓電源供電1．3課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)1．設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器2．輸出波形：正弦波、方波、鋸齒波3．頻率范圍：在0.02HZ-20KHZ范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)4．輸出電壓：正弦波幅值+2V、方波幅值2V，鋸齒波峰峰值2V，占空比可調(diào)整理為word格式整理為word格式整理為word格式第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇2.1方案提出方案一：RC正弦波振蕩電路、電壓比較器、積分電路共同組成的正弦波—方波—鋸齒波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。先通過RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，再通過電壓比較器產(chǎn)生方波，最后通過積分電路形成鋸齒波。方案二：采用直接頻率合成器，從信號的幅度相位關(guān)系出發(fā)進(jìn)行頻率合成。2.2方案論證和選擇方案一電路是通過RC正弦波振蕩電路，具有良好的正弦波，正弦波通過電壓比較器產(chǎn)生穩(wěn)定的方波信號，方波信號經(jīng)過積分器產(chǎn)生鋸齒波，方案一的電路能通過改變門限電壓，改變方波的占空比，而且此方案可調(diào)節(jié)正弦波的幅值。電路簡單有效，精度較高，性價比高，易于制作，能應(yīng)用于各種波形仿真、實(shí)驗(yàn)應(yīng)用等。方案二能實(shí)現(xiàn)快速頻率變換，具有低相位噪聲以及所有方法中最高的工作頻率。但由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，導(dǎo)致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、成本高，而且容易產(chǎn)生過多的雜散分量，難以達(dá)到較高的頻譜純度。相對而言，方案一較為合理有效，因此選擇方案一。整理為word格式整理為word格式整理為word格式第三章系統(tǒng)組成及工作原理3.1系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)框圖RC正弦波振蕩電路：確定選頻網(wǎng)絡(luò)是串聯(lián)還是并聯(lián)，用滑動變阻器代替電阻，以起到選頻的效果，反饋部分用兩個并聯(lián)的二極管，起到穩(wěn)幅的作用，再加滑動變阻器，用以改變正弦波的幅度；電壓比較器：正弦波經(jīng)過電壓比較器變成方波，要改變方波的占空比就得改變其門限電壓，通過外加受滑動變阻器調(diào)節(jié)的電源來實(shí)現(xiàn)可調(diào)門限電壓；積分器：占空比調(diào)小后的方波經(jīng)過積分器即可得到鋸齒波。積分器鋸齒波電壓比較電壓比較自激振蕩產(chǎn)生正選波（RC正選波振蕩電路） 積分器鋸齒波電壓比較電壓比較自激振蕩產(chǎn)生正選波（RC正選波振蕩電路） 圖13.2正弦波發(fā)生電路的工作原理產(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。其中：接入正反饋是產(chǎn)生振蕩的首要條件，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(yīng)具有穩(wěn)幅特性。因此，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)幅電路等四個部分。正弦波振蕩電路的組成判斷及分類：1）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(shí)現(xiàn)自由控制。2）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。3）正反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使放大電路的輸入信號等于其反饋信號。4）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。判斷電路是否振蕩的方法是：（1）是否滿足相位條件，即電路是否是正反饋，只有滿足相位條件才可能產(chǎn)生振蕩整理為word格式整理為word格式整理為word格式（2）放大電路的結(jié)構(gòu)是否合理，有無放大能力，靜態(tài)工作是否合適；（3）是否滿足幅度條件正弦波振蕩電路檢驗(yàn)，若：(1)則不可能振蕩；(2)振蕩，但輸出波形明顯失真；(3)產(chǎn)生振蕩。振蕩穩(wěn)定后。此種情況起振容易，振蕩穩(wěn)定，輸出波形的失真小分類：按選頻網(wǎng)絡(luò)的元件類型，把正先振蕩電路分為：RC正弦波振蕩電路；LC正弦波振蕩電路；石英晶體正弦波振蕩電路。RC正弦波振蕩電路常見的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(luò)在此作為選頻和反饋網(wǎng)絡(luò)。它的起振條件為：。它的振蕩頻率為：f0=1/(2RC)

它主要用于低頻振蕩。要想產(chǎn)生更高頻率的正弦信號，一般采用LC正弦波振蕩電路。它的振蕩頻率為：f0=1/(2RC)。石英振蕩器的特點(diǎn)是其振蕩頻率特別穩(wěn)定，它常用于振蕩頻率高度穩(wěn)定的的場合。3.3正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的工作原理在單限比較器中，輸入電壓在閥值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的躍變，不管這種微小變化是來源于輸入信號還是外部干擾。因此，雖然單限比較器很靈敏，但是抗干擾能力差。而滯回比較器具有滯回特性，即具有慣性，因此也就具有一定的抗干擾能力。從反向輸入端輸人的滯回比較器電路如圖1a所示，滯回比較器電路中引人了正反饋。從集成運(yùn)放輸出端的限幅電路可以看出，Uo＝±UZ。集成運(yùn)放反相輸人端電位Up＝Ui同相輸入端電位整理為word格式整理為word格式整理為word格式圖2令UN=Up求出的Ui就是閥值電壓輸出電壓在輸人電壓U，等于閥值電壓時是如何變化的呢？假設(shè)Ui<-UT，那么UN一定小于Up，因而Uo＝+Uz，所以Up=+UYO。只有當(dāng)輸人電壓Ui增大到+UT，再增大一個無窮小量時，輸出電壓Uo才會從+UT躍變?yōu)?UT。同理，假設(shè)Ui>+UT，那么UN一定大于Up，因而Uo＝-UZ，所以Up＝-UT。只有當(dāng)輸人電壓Ui減小到-UT，再減小一個無窮小量時，輸出電壓Uo才會從-UT躍變?yōu)?UT?？梢?，Uo從+UT躍變?yōu)?UT和從-UT躍變?yōu)?UT的閥值電壓是不同的，電壓傳輸特性如圖b)所示。從電壓傳輸特性上可以看出，當(dāng)-UT＜Ui＜+UT時，Uo可能是-UT，也可能是+UT。如果Ui是從小于-UT，的值逐漸增大到-UT<Ui<+UT，那么Uo應(yīng)為+UT；如果Ui從大于+UT的值逐漸減小到-UT<Ui<+UT，那么應(yīng)為-UT。曲線具有方向性，如圖b)所示。實(shí)際上，由于集成運(yùn)放的開環(huán)差模增益不是無窮大，只有當(dāng)它的差模輸人電壓足夠大時，輸出電壓Uo才為±UZ。Uo在從+UT變?yōu)?UT或從-UT變?yōu)?UT的過程中，隨著Ui的變化，將經(jīng)過線性區(qū)，并需要一定的時間。滯回比較器中引人了正反饋，加快了Uo的轉(zhuǎn)換速度。例如，當(dāng)Uo＝+UZ、Up=+UT時，只要Ui略大于+UT足以引起Uo的下降，即會產(chǎn)生如下的正反饋過程：Uo的下降導(dǎo)致Up下降，而Up的下降又使得Uo進(jìn)一步下降，反饋的結(jié)果使Uo迅速變?yōu)椋璘T，從而獲得較為理想的電壓傳輸特性。整理為word格式整理為word格式整理為word格式本電路中該電路的作用是將正弦信號轉(zhuǎn)變成方波信號，其傳輸特性曲線如下圖所示：圖33.4方波轉(zhuǎn)換成鋸齒波電路的工作原理圖4當(dāng)輸入信號為占空比調(diào)小后的方波時，其輸出信號為鋸齒波，電路波形圖如下：整理為word格式整理為word格式整理為word格式圖53.5總電路圖圖6整理為word格式整理為word格式整理為word格式第四章單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇4.1正弦波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)本電路中采用RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，其電路圖如下所示：整理為word格式整理為word格式整理為word格式圖7該電路Rf回路串聯(lián)兩個并聯(lián)的二極管，如上圖所示串聯(lián)了兩個并聯(lián)的1N4148二極管，這樣利用電流增大時二極管動態(tài)電阻減小、電流減小時動態(tài)電阻增大的特點(diǎn)，加入非線性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。此時輸出電壓系數(shù)為Au=1+(Rf+rd)/R1RC振蕩的頻率為：fo1/2piRC用Multisim10.0對電路進(jìn)行仿真得到正弦波：整理為word格式整理為word格式整理為word格式圖8仿真與理論接近4.2正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的設(shè)計(jì)本電路可以采用滯回電壓比較器將正弦波轉(zhuǎn)成方波，其電路原理如下圖所示：整理為word格式整理為word格式整理為word格式圖9原理上文已講述，此處省略。也可以采用和滯回比較器功能相似的另一電路實(shí)現(xiàn)，如下圖：圖10輸出電壓幅值僅由穩(wěn)壓管決定，所以選穩(wěn)壓管（1N4748）。用Multisim10.0對其進(jìn)行仿真得到如下波形圖：整理為word格式整理為word格式整理為word格式圖114.3方波轉(zhuǎn)換成鋸齒波電路的設(shè)計(jì)本電路中方波轉(zhuǎn)成鋸齒波采用積分電路，其電路原理如下圖所示：圖12積分電路：U0=-+u0(t1)其中，積分電路圖中的電路圖13整理為word格式整理為word格式整理為word格式用于調(diào)節(jié)占空比。鋸齒波形如下圖所示： 圖14整理為word格式整理為word格式整理為word格式第五章實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測試結(jié)果與分析5.1電路總體仿真圖如下所示整理為word格式整理為word格式整理為word格式圖15輸出波形：正弦波、方波、鋸齒波頻率范圍：在0.02HZ-20KHZ范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)輸出電壓：正弦波幅值約為±2V、方波幅值約為2V，鋸齒波峰峰值約為2V，占空比可調(diào)5.2調(diào)試方法與調(diào)試過程總電路圖如下所示圖16整理為word格式整理為word格式整理為word格式圖17該電路分為三部分，第一部分為RC橋式正弦振蕩電路，其功能是利用RC振蕩產(chǎn)生特定頻率的正弦波，通過調(diào)節(jié)電阻R2改變正弦波幅值；第二部分為類似電壓比較器的電路，其功能為將正弦波轉(zhuǎn)成方波；第三部分為積分電路，其功能為利用積分電路將方波轉(zhuǎn)成鋸齒波，鋸齒波通過調(diào)節(jié)R8的大小改變鋸齒波的幅值。在正弦波產(chǎn)生電路中f=1/2piRC,改變RC的值可以改變電路的信號頻率，在整理為word格式整理為word格式整理為word格式積分電路中，改變R9的值可以改變方波的占空比。①實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：正弦波幅值（v）±1.96方波幅值(v)±2.0鋸齒波峰峰值(v)2.1②數(shù)據(jù)分析：實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果一致，在誤差范圍內(nèi)，都符合設(shè)計(jì)要求。③誤差分析：ⅰ.電阻的實(shí)際值與標(biāo)稱值存在誤差；ⅱ.RC選頻網(wǎng)絡(luò)中的R、C參數(shù)的選擇不合理導(dǎo)致頻率的選擇不達(dá)不到要求；ⅲ.電位器的大小選擇不合適，導(dǎo)致調(diào)節(jié)的精度不夠高；ⅳ.焊接時管腳的連接容易短路或開路，導(dǎo)致波形不能出來；整理為word格式整理為word格式整理為word格式第六章結(jié)論1要滿足課設(shè)的頻率調(diào)節(jié)要求，0.02HZ——20KHZ ，這個部分：需要該進(jìn)成的多檔調(diào)節(jié)（此方法是模擬電子技術(shù)基本教程課本上P281的震蕩頻率連續(xù)可調(diào)的RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）或者是更多的檔位（多向開關(guān)實(shí)驗(yàn)室也沒有，所以只能夠用一個電容，因此頻率調(diào)節(jié)的范圍就小了）。模塊二：以下是過零比較器電路，用來將正弦波轉(zhuǎn)換成方波的部分2對于是一個穩(wěn)幅電路，其作用是穩(wěn)定方波的幅