方波-三角波產(chǎn)生電路

...wd......wd......wd...蘇州科技大學(xué)天平學(xué)院電子與信息工程學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計報告課設(shè)名稱設(shè)計方波--三角波產(chǎn)生電路學(xué)生姓名圣鑫學(xué)號1430119232專業(yè)班級通信1422指導(dǎo)教師孫云飛年月日—年月日設(shè)計課題設(shè)計方波--三角波產(chǎn)生電路課程設(shè)計的目的及技術(shù)指標(biāo)與要求1、設(shè)計目的〔1〕掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計方法；〔2〕掌握模擬IC器件的應(yīng)用；〔3〕會運(yùn)用EDA工具對所作出的理論設(shè)計進(jìn)展模擬仿真測試，進(jìn)一步完善理論設(shè)計；〔4〕通過查閱手冊和文獻(xiàn)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；〔5〕掌握模擬電路的安裝\測量與調(diào)試的根本技能,熟悉電子儀器的正確使用方法，能分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的正?；虿徽，F(xiàn)象(或數(shù)據(jù))獨(dú)立解決調(diào)試中所發(fā)生的問題；〔6〕學(xué)會撰寫課程設(shè)計報告；〔7〕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)；〔8〕培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識來指導(dǎo)實(shí)踐的能力。2、技術(shù)指標(biāo)與要求〔1〕輸出波形：方波－三角波－正弦波；〔2〕頻率范圍：100HZ~200HZ連續(xù)可調(diào)；〔3〕輸出電壓：正弦波-方波的輸出信號幅值為6V，三角波輸出信號幅值為0~2V連續(xù)可調(diào)；正弦波失真度：γ≤5%。系統(tǒng)知識介紹函數(shù)信號發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波〔含方波〕、正弦波的電路。函數(shù)發(fā)生器有很寬的頻率范圍，使用范圍很廣，它是一種不可缺少的通用信號源。函數(shù)發(fā)生器作為一種常用的信號源,是現(xiàn)代測試領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的通用儀器之一，在研制、生產(chǎn)、測試和維修各種電子元件、部件以及整機(jī)設(shè)備時，都學(xué)要有信號源，由它產(chǎn)生不同頻率不同波形的電壓、電流信號并加到被測器件或設(shè)備上，用其他儀器觀察、測量被測儀器的輸出響應(yīng)，以分析確定它們的性能參數(shù)。信號發(fā)生器是電子測量領(lǐng)域中最根本、應(yīng)用最廣泛的一類電子儀器。它可以產(chǎn)生多種波形信號,如正弦波,三角波,方波等,因而廣泛用于通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、宇航等領(lǐng)域。函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計有兩種方案有四種：方案一、由RC橋式電路產(chǎn)生正弦波，再由正弦波經(jīng)比擬器電路產(chǎn)生方波，再由方波經(jīng)積分電路產(chǎn)生三角波。方案二、采用DDS作為信號發(fā)生核心期間的全數(shù)控函數(shù)信號發(fā)生器根據(jù)輸出信號波形類型可設(shè)置、輸出信號幅度和頻率可控制、輸出頻率的要求，選用AD9850芯片，并通過單片機(jī)程序和處理AD8950的32為頻率控制字，在經(jīng)放大后加以數(shù)字電位器為核心的數(shù)字衰減網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)信號幅度、頻率、類型的控制。圖15G8038集成函數(shù)信號發(fā)生器圖15G8038集成函數(shù)信號發(fā)生器方案三、用5G8038集成函數(shù)信號發(fā)生器所需信號。接入外部電路后5G8038的9、3、2引腳就分別產(chǎn)生方波、三角波、正弦波。頻率調(diào)節(jié)局部通過其他引腳接外電路來實(shí)現(xiàn)，然后從5G8038出來經(jīng)過選擇開關(guān)選擇所需的波形進(jìn)入LM31D8進(jìn)展放大和幅度調(diào)節(jié)最后從LM31D8出來的波即為頻率和幅度可調(diào)的方波，三角波和正弦波。5G8038如圖1所示。方案四、由比擬器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比擬器輸出的方波經(jīng)積分電路得到三角波，三角波到正弦波由差分式放大電路完成。差分放大電路具有工作穩(wěn)定、輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正波。設(shè)計框圖如圖2所示。圖2由比擬器與積分器組成的函數(shù)發(fā)生器圖2由比擬器與積分器組成的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計所用軟件Multisim13.0軟件介紹Multisim是美國國家儀器〔NI〕推出的以Windows為根基的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)展仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)展捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。電路方案與系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)計設(shè)計思路總體設(shè)計思路為：先通過比擬器產(chǎn)生方波，方波通過積分器產(chǎn)生三角波。1.1比擬器原理比擬器是由運(yùn)算放大器開展而來的，比擬器電路可以看作是運(yùn)算放大器的一種應(yīng)用電路。由于比擬器電路應(yīng)用較為廣泛，所以開發(fā)出了專門的比擬器集成電路。圖3比擬器圖3比擬器圖3〔a〕由運(yùn)算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA經(jīng)分壓器R2、R3分壓后接在同相端，VB通過輸入電阻R1接在反相端，RF為反響電阻，假設(shè)不考慮輸入失調(diào)電壓，則其輸出電壓Vout與VA、VB及4個電阻的關(guān)系式為：假設(shè)R1=R2，R3=RF，則,為放大器的增益。當(dāng)R1=R2=0(相當(dāng)于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相當(dāng)于R3、RF開路)時，Vout=∞。增益成為無窮大，其電路圖就形成圖3(b)的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它就是比擬器電路。實(shí)際上，運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)時，其增益并非無窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負(fù)電源電壓，也不可能是無窮大。從圖3〔a〕和3〔b〕中可以看出，比擬器電路就是一個運(yùn)算放大器電路處于開環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。同相放大器電路如圖3〔c〕所示。如果圖3〔c〕中RF=∞，R1=0時，它就變成與圖3〔b〕一樣的比擬器電路了。1.2積分電路原理積分是一種常見的數(shù)學(xué)運(yùn)算，積分電路如圖4所示。利用理想運(yùn)放的特性有,，因此有，電容C以電流進(jìn)展充電。假設(shè)電容C初始電壓，則圖4積分電路圖4積分電路圖4積分電路圖4積分電路上式說明，輸出電壓為輸出電壓對時間的積分，負(fù)號表示它們在相位上是相反的。又稱反相積分器。圖中。當(dāng)輸入信號為如圖5〔a〕所示的階躍電壓時，在它的作用下，電容器將以近似恒流方式進(jìn)展充電，輸出電壓與時間t呈近似線性關(guān)系，如圖5〔b〕所示。因此式中為積分時間常數(shù)。當(dāng)時，。當(dāng)，增大，直到，即運(yùn)放輸出電壓的最大值受供電直流電源電壓的限制，致使運(yùn)放進(jìn)入飽和狀態(tài)，保持不變，而停頓積分。圖5積分電路的階躍響應(yīng)圖5積分電路的階躍響應(yīng)〔a〕輸入電壓信號波形〔b〕輸出電壓波形工作原理2.1方波產(chǎn)生電路原理方波產(chǎn)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生方波或矩形波的非正弦信號發(fā)生電路。由于方波或矩形波包含極豐富的諧波，因此，這種電路又稱為多諧振蕩電路。圖6雙向限幅的方波產(chǎn)生電路圖6雙向限幅的方波產(chǎn)生電路矩形波產(chǎn)生電路如圖6所示，它是在遲滯比擬器的根基上，把輸出電壓經(jīng)、C反響集成運(yùn)放的反相端。在運(yùn)放的輸出端引入限流電阻R和兩個穩(wěn)壓管而組成的雙向限幅電路。在接通電源的瞬間，電路的輸出電壓究偏于正向飽和還是負(fù)向飽和，純屬偶然。設(shè)輸出電壓偏于負(fù)飽和值，即時，則集成運(yùn)放同相端的電壓為而時電容反向充電，由零變負(fù)。在高于之前，不變。當(dāng)下降到略低于時，從–VZ跳變到+VZ。與此同時，由變?yōu)槎请娙莩潆?，在低于以前，不變。?dāng)上升到略高于時，從+VZ跳到–VZ。如此循環(huán)不已，產(chǎn)生振蕩，輸出矩形波。圖7畫出了在~時的一個方波的典型周期內(nèi)輸出端及電容C上的電壓波形。圖7輸出電壓與電容器電壓波形圖圖7輸出電壓與電容器電壓波形圖因本次實(shí)驗(yàn)有明確要求：三角波輸出信號幅值為0~2V連續(xù)可調(diào)，所以方波局部的電路圖修改如圖8。圖8方波產(chǎn)生電路圖圖8方波產(chǎn)生電路圖2.2方波——三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理產(chǎn)生三角波利用的是積分電路的原理圖9圖9方波——三角波轉(zhuǎn)換電路由于反相輸入，，故上式說明與的積分成比例，式中的負(fù)號表示兩者相反，稱為積分時間常數(shù)。當(dāng)為階躍電壓時，。當(dāng)積分電路的輸入為方波時，電路將輸出三角波。電路元件及參數(shù)設(shè)計3.1芯片uA741工作原理及原理圖741型運(yùn)算放大器具有廣泛的模擬應(yīng)用。寬范圍的共模電壓和無阻塞功能可用于電壓跟隨器。高增益和寬范圍的工作電壓特點(diǎn)在積分器、加法器和一般反響應(yīng)用中能使電路具有優(yōu)良性能。此外，它還具有如下特點(diǎn)：〔1〕無頻率補(bǔ)償要求；〔2〕短路保護(hù)；〔3〕失調(diào)電壓調(diào)零；〔4〕大的共模、差模電壓范圍；〔5〕低功耗。741型運(yùn)放雙列直插封裝的俯視圖如圖10〔a〕所示。緊靠缺口〔有時也用小圓點(diǎn)標(biāo)記〕下方的管腳編號為1，按逆時針方向，管腳編號依次為2，3，…，8。其中，管腳2為運(yùn)放反相輸入端，管腳3為同相輸入端，管腳6為輸出端，管腳7為正電源端，管腳4為負(fù)電源端，管腳8為空端，管腳1和5為調(diào)零端。通常，在兩個調(diào)零端接一幾十千歐的電位器，其滑動端接負(fù)電源，如圖10〔b〕所示。調(diào)整電位器，可使失調(diào)電壓為零?！瞐〕〔b〕圖圖10uA741型運(yùn)算放大器的封裝圖3.202DZ4.7二極管由兩個02DZ4.7二極管組成了一個穩(wěn)壓二極管。穩(wěn)壓二極管的作用是限制和確定方波的幅度，因此要根據(jù)設(shè)計所要求的方波幅度來選擇穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。此外，方波幅度和寬度的對稱性也與穩(wěn)壓管的對稱性有關(guān)，為了得到對稱的方波輸出，通常應(yīng)選用高精度的雙向穩(wěn)壓管。R2為穩(wěn)壓管的限流電阻，其值由所選用的穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流決定。3.3頻率與電容C由于設(shè)計任務(wù)書中要求頻率范圍為100HZ~200HZ連續(xù)可調(diào)，而可見f與C成反比，假設(shè)要得到100HZ~200HZ，C要為0.1?？傠娐穲D與器材清單表圖11方波--三角波產(chǎn)生的總電路圖圖11方波--三角波產(chǎn)生的總電路圖元器件名稱個數(shù)型號主要參數(shù)運(yùn)算放大器2741示波器1可調(diào)電阻150k電阻5R20k,5k,10k電容1C0.1μF直流穩(wěn)壓電源4±12V二極管202DZ4.75.實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果圖12示波器圖12示波器討論設(shè)計中發(fā)生的問題第一次獨(dú)立完成課程設(shè)計，沒有經(jīng)歷。方波和三角波和接觸較少，特別是三角波，面對題目，不知道該怎么開場。設(shè)計電路圖時，關(guān)于比擬器和積分電路的知識缺乏，無法讓兩個電路融合在一起，成功得到波形。沒有注意到設(shè)計任務(wù)書中有關(guān)于參數(shù)的要求，導(dǎo)致得到的波形不符合要求。電腦中沒有Multisim13.0，破解中遇到了一些困難。沒有學(xué)習(xí)和使用過Multisim13.0，畫電路圖中，一些元件找不到；連線時，沒有仔細(xì)注意節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致電路圖一直不成功，得不到需要的波形。七、設(shè)計心得體會本次課程設(shè)計是我到目前為止覺得最有意義也是收獲最大的一次實(shí)習(xí)，。身為電氣工程系的學(xué)生，設(shè)計是我們將來必須的技能。而這次課程設(shè)計恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識的平臺。通過本課題的設(shè)計，我感慨頗多，從拿到課題到定稿，從理論到實(shí)踐，在課程設(shè)計的過程中,可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以穩(wěn)固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。因?yàn)檫@次課程設(shè)計需要動腦動手，把自己課堂上學(xué)到的軟件和硬件知識全部應(yīng)用進(jìn)來。要想完成好這次課程設(shè)計，必須熟悉模擬電子技術(shù)理論知識，與外部電路的連接。這其中有以前課堂上學(xué)過的也有需要我們自學(xué)研究的，這不僅考察了自己原來的知識程度還加強(qiáng)了我們獨(dú)立獲取知識并加以運(yùn)用的能力。通過這次實(shí)驗(yàn)，我對函數(shù)發(fā)生器的了解擴(kuò)寬了，對模擬電子技術(shù)和外圍電路的認(rèn)識也更為清晰了，這為我以后工作提供了堅(jiān)實(shí)的根基。