設計制作一個產(chǎn)生方波-三角波-正弦波函數(shù)轉換器

實用文檔文案大全模擬電路課程設計報告課題名稱：設計制作一個產(chǎn)生方波－三角波－正弦波函數(shù)轉換器。姓名：學號：45專業(yè)班級：電信指導老師：設計時間:1月3號設計制作一個產(chǎn)生方波－三角波－正弦波函數(shù)轉換器（一）設計任務和要求①輸出波形頻率范圍為0.2KHz~20kHz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用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設計電路所需的正負直流電源（±12V）（二）函數(shù)發(fā)生器的方案(一)：直流電源（將220V的交流電變成+12V和-12V的直流電）直流電源的組成及各部分的作用:電網(wǎng)電壓電網(wǎng)電壓電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路負載1.直流電源發(fā)生電路圖如下所示:（二）函數(shù)發(fā)生器方案一：電壓（滯回）比較器電壓（滯回）比較器積分運算電路差分放大電路如下圖所示：圖(1)方案二：電壓（滯回）比較器電壓（滯回）比較器積分運算電路利用折線法如下圖所示：圖(2)方案三：電壓（滯回）比較器電壓（滯回）比較器積分運算電路二階低通濾波電路如下圖所示：圖(3)方案討論：（我選擇第三種方案）制作一個函數(shù)發(fā)生器（方波-三角波-正弦波的轉換），由電壓比較器可以產(chǎn)生方波，方波通過積分可以產(chǎn)生三角波，對于三角波產(chǎn)生正弦波的方法較多。方案一中了利用差分放大電路實現(xiàn)三角波-正弦波的轉換，優(yōu)點：差分放大電路具有工作穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強，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成正弦波，有效的利用了差分放大傳輸特性曲線的非線性。缺點：差分放大電路比較復雜，很容易造成虛焊，布局中有較多的晶體管，很容易錯焊。方案二中利用了折線法實現(xiàn)三角波-正弦波的轉換，優(yōu)點：利用折線法焊接電路比較簡單，不受輸入電壓頻率范圍的限制，便于集成化；缺點：反饋網(wǎng)絡中的電阻要匹配很困難。方案三中利用了低通濾波實現(xiàn)三角波-正弦波的轉換，優(yōu)點：電路焊接比較簡單，減少工作量和器材，所需要的器材都比較容易購買三、單元電路設計與參數(shù)計算1、直流電源的參數(shù)設計提供的是220V的交流電源要變?yōu)?2V直流電源，整流后的電壓及電流為：【1】整流電路：將交流變直流的過程。(b)理想情況下的波形(c)考慮整流電路內(nèi)阻時的波形設變壓器副邊電壓U2=, U2為其有效值。(b)理想情況下的波形(c)考慮整流電路內(nèi)阻時的波形則：輸出電壓的平均值 輸出電流的平均值IO(AV)=0.9U2/RL脈動系數(shù)S== 2/3=0.67二極管的選擇最大鎮(zhèn)流電流IF>1.1最高反向工作電壓 URM>1.1【2】濾波電路：將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷骸Ｈ鐖D所示按照三角形相似關系可得：UO(AV)=U2(1-T/4RLC)當RLC=(3~5)T/2時，UO(AV)=1.2U2脈動系數(shù)為 S=濾波后的電壓： 【3】穩(wěn)壓電路：把電壓幅值穩(wěn)定的電路。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行補償，來達到穩(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，一般選取 UI=(2~3)UOUI確定后，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：通過查手冊可知：IZMIN<=IDZ<=IZMAX;計算可知:=（UImin-UZ)/(IZ+ILmax）Rmin=(UImax-UZ)/(IZM+ILmin)其中變壓器用220V~15V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3300ufC7與C8可用220Uf電容C3與C3可用0.3322UfC5與C6可用0.1uF，發(fā)光二極管上的R用1KΩ。2、波形產(chǎn)生電路部分的參數(shù)設計方波要求幅值為2V，三角波要求峰峰值為2V.利用同相滯回比較器和積分運算電路分別產(chǎn)生方波和三角波。圖中滯回比較器的輸出電壓=，其中由可由+穩(wěn)壓管確定，由于沒有穩(wěn)壓值為2V的穩(wěn)壓管，所以在3.3V的穩(wěn)壓管的兩端并聯(lián)一個10K的電位器，以達到輸出電壓為2V的要求。跟據(jù)疊加原理，集成運放同相輸入端的電位為:令，則閾值電壓：設二極管導通時的等效電阻可以忽略不計，電位器的滑動端移到最上端。當=+時，D1導通,D2截止，輸出電壓的表達式為（以下出現(xiàn)的RW為圖（3）中的R7）=-UZ(t2-t1)/(R3C)+(t0)其中隨時間線性下降。當=時，D2導通，D1截止，輸出電壓表達式為=-1/[(R3+RW)C]UZ(t2-t1)+(t1)Uo隨時間線性上升，由于Rw遠大于R3,,根據(jù)三角波發(fā)生電路振蕩周期的計算方法，可得出下降時間和上升時間，分別為T1=t1-t2=2R1R3C/R2T2=t2-t1=2R1(R3+RW)C/R2所以振蕩周期為T=2R1(2R3+RW)C/R2因為R3的阻值遠小于RW，所以可以近似認為T=T2由調(diào)整和的阻值可以改變鋸齒波的幅值；調(diào)整R1,R2和RW的阻值以及C的容量，可以改變振蕩周期；調(diào)整電位器滑動端的位置，可以改變的占空比，以及鋸齒波鋸齒波上升和下降的斜率。因為設計要求：方波的幅值為2V,三角波的峰峰值為2V,所以,取=20K,=10K,為了更好的調(diào)節(jié)出波形，取為10K的電位器，取C=0.47Uf,RW為20K的電位器，又為200HZ~20KHZ,由=R2/2R1(2R3+RW)CR3得為96.35~9.64K，所以取R3為20K的電位器三角波經(jīng)二階低通濾波電路后形成正弦波，其中：傳遞函數(shù)為令s=jw,fo=1/2∏RC,則電壓放大倍數(shù)要求正弦波的幅值為2V，則，=2即=1+=2所以取=1K,,R9=10K,（四）總原理圖及元器件清單總原理圖圖五：總原理方框圖2.元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量單價變壓器15V19.0元三端穩(wěn)壓器W781211.0元三端穩(wěn)壓器W791211.0元電阻R4,R9,R1010K40.1元電阻R7,R81K40.1元電阻R220K10.1元電位器R3,R620K20.8元電位器R510K20.8元電容0.1uF20.2元電容電解電容3.3mf21.5元電容0.33Uf20.2元電容C1,C2,C30.47uF30.2元電容電解電容250uF20.5元二極管1N400760.1元發(fā)光二極管超紅LED1,超綠LED220.3元穩(wěn)壓管3.3V20.2元電阻R45K10.1元芯片Ua74131.0元夾子紅色,黑色90.2元五、安裝與調(diào)試1.直流穩(wěn)壓電源（1）．設計并畫出電路圖。（2）．參數(shù)計算,焊接電路.（3）．用萬用表測得輸出的直流電壓及兩端的管壓降。2.正弦波、方波、三角波、鋸齒波（1）．根據(jù)設計題目要求，選定電路，確定集成運放的型號，并進行參數(shù)計算。（2）按所設計得方案組裝焊接電路板。（3）．調(diào)試電路，觀察輸出波形，并與理論計算值做比較，計算誤差。（4）經(jīng)調(diào)試后用示波器可測得各輸出端的波形如下所示。方波三角波輸出波形正弦波輸出波形六、性能測試與分析1．直流穩(wěn)壓電源（1）．數(shù)據(jù)記錄：輸出：+12.1V、-12.0V。管壓降為:LM7812：9.5V,LM7912:9.6V（2）．數(shù)據(jù)處理：b．輸出直流電壓相對誤差：LM7812：|12.1-12|/12×100%=0.83%。LM7912：|12-12|/12%=0%。2.方波—三角波—正弦波發(fā)生器（1）．數(shù)據(jù)記錄a．方波由圖可知，方波的峰-峰值：Up-p=2.02×2＝4.04V幅值為：U=4.04/2=2.02V誤差分析：誤差百分比=|2.02-2.0|/2.0%=1.0%b．三角波由圖可知，三角波的峰-峰值：Up-p=2.01誤差分析：誤差百分比=|2.0-2.0|/2.0%=0%．C．正弦波由圖可知，正弦波的峰-峰值：Up-p=2.12=4.2V幅值為：U=4.2/2=2.1V頻率調(diào)節(jié)范圍為：163.35HZ—10.56KHZ誤差分析：誤差百分比=|2.1-2.0|/2.0%=5.0%誤差分析：提供的直流信號源輸出電壓沒有達到理論值且輸出電壓不穩(wěn)定。時間引起溫度變化，集成塊，電位器會發(fā)生變化影響測量值電路原理存在缺陷，參數(shù)設計的不夠合理，導致與理想值存在差距；電子元件沒有達到標準值。萬用表的精確度不高，造成讀數(shù)誤差。焊接過程中，錫絲用量不夠合理，導致電路接觸不好，造成誤差、。電網(wǎng)不穩(wěn)定，造成誤差。七、結論與心得實驗結果討論1.通過整流、濾波、穩(wěn)壓電路可把交流電變?yōu)榉€(wěn)定的直流電源；在整流環(huán)節(jié)單相橋式整流電路與半波整流電路相比，在相同的變壓器副變電壓下，對二極管的要求是一樣的，并且還有高輸出電壓，變壓器利用率高，脈動系數(shù)小等優(yōu)點。2.在焊接直流電源時應注意大容量的電解電容，正負不可接反，引腳課遵循長正短負的原則，否則很容易爆炸。3.本實驗通過對方波的積分得到高線性度的三角波，要讓三角波的占空比可調(diào)，可利用二極管的單向導電性使得積分電路中的C充，放電的回路不同便可得，若要由三角波得到方波，只需要對三角波進行微分。4.產(chǎn)生方波可用電壓比較器實現(xiàn)，選用滯回比較器是因為其抗干擾能力強。5.焊接電路最好先布局好，考慮好再進行焊接，可省下許多不必要的麻煩。6.正弦波可通過不同的方案得到，要根據(jù)一定的條件選擇，細心設計焊接電路，不可盲目操作，通過不同的方法，計算合理的參數(shù)可以讓不同的波形進行相互轉換。模擬電路課程設計心得體會通過這次課程設計——方波-三角波-正弦波電流的轉換，學習到了很多，使我受益匪淺，不僅學習到了專業(yè)知識與技能，更重要的是收獲到了經(jīng)驗與體會。實驗設計使我掌握了如何識別常用元件，實際操作起來很困難，要將實際和理論聯(lián)系起來需要不斷的下功夫，它和課本上的知識有很大聯(lián)系，但又高于課本，一個看似很簡單的電路，要動手把它設計出來就比較困難了，因為是設計要求我們在以后的學習中注意這一點，要把課本上所學到的知識和實際聯(lián)系起來，同時通過本次電路的設計，不但鞏固了所學知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上結合起來，增強了學習的興趣，考驗了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡搜集、查閱相關文獻資料，和組織材料的綜合能力。課程設計誠然是一門專業(yè)課，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我很多思考的空間，同時動手設計讓我感觸頗深，仿真電路上先嘗試下方案的可行性，再通過小組的討論確定了相對最好的方案，再進行焊接，電路板的焊接過程中，首先要整體的布局，使元器件分配均勻，外表美觀，以及焊接得更快，更準確，也能節(jié)省時間，減少失誤；同時，焊接電路時一定要注意接點不能虛焊，元器件的正負極要區(qū)分開，不要焊接反了。雖然過程有點辛苦，但是看到示波器上顯示出的屬于自己的成果，心里別提多高興了。通過這次實驗設計，我懂得了理論與實際相結合是很重要的，以及團結力量的強大，這次設計讓我明白了思路即出路，有什么不懂的要及時請教老師或同學，相信只要認真專研，動腦思考，動手實踐，一定會收獲碩果累累。建議：(1).安全起見，焊接直流電源時變壓器應用螺絲固定，將保險絲固定在電路板中。(2).對于比較復雜的電路，裸露的導線交叉焊接時有可能燒壞電路或是使電路短路，引入過橋線可以避免一些不必要的麻煩。(3).由于沒有2.0V的穩(wěn)壓管，可用穩(wěn)壓值為3.3V的穩(wěn)壓管，可以在它兩端并聯(lián)一個10K的電位器調(diào)節(jié)需要的穩(wěn)幅電壓(八)參考文獻：1．．《模擬電子技術》----清華大學出版羅振中主編(2005)2．《模擬電子技術基礎》----清華大學出版金鳳蓮編（2009）3．《電子線路設計·實驗·測試》——華中科技大學出版社志美主編4．《模擬電子技術基礎》——清華大學電子學教研組童詩白華成英編（2000）5.《電子實驗與課程設計》——贛南師范學院物理與電子信息學院物理與