模電課程設(shè)計(jì)林紅-(恢復(fù))

模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目名稱:設(shè)計(jì)制作一個(gè)產(chǎn)生方波－三角波－正弦波函數(shù)轉(zhuǎn)換器專業(yè):電子信息科學(xué)與技術(shù)班級:12級2班姓名:學(xué)號:指導(dǎo)老師:電子通信與物理學(xué)院日期:2014年6月18日教師評語：指導(dǎo)老師：成績：題目：設(shè)計(jì)制作一個(gè)產(chǎn)生方波－三角波－正弦波函數(shù)轉(zhuǎn)換器。設(shè)計(jì)任務(wù)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；三角波峰-峰值為2V，占空比可調(diào)；用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)電路所需的正負(fù)直流電源〔±12V〕正文：信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形,如三角波、鋸齒波、矩形波〔含方波〕、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。函數(shù)信號發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。例如在通信、播送、電視系統(tǒng)中，都需要射頻〔高頻〕發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻〔低頻〕、視頻信號或脈沖信號運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。一、設(shè)計(jì)框圖電源電路方波-電源電路方波-三角波轉(zhuǎn)換電路三角波-弦波轉(zhuǎn)換電路組合設(shè)計(jì)組合設(shè)計(jì)總電路總電路二、設(shè)計(jì)原理1直流電源在電子電路及設(shè)備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。頻率為50Hz、電壓為220V的單向交流市電經(jīng)電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓其方框圖如下列圖所示，下面就各局部的功能加以介紹。穩(wěn)壓電路濾波電路整流電路電源變壓器220V市電穩(wěn)壓電路濾波電路整流電路電源變壓器220V市電首先，市電220V不能夠?qū)Υ缶植康碾娮与娐芳半娮釉O(shè)備直接供電，需用變壓器將220V電壓降壓。對于變壓器，功能主要有三個(gè)：傳交隔直、交流電壓變化、阻抗變換。選擇適宜的匝數(shù)比，將220V，交流電轉(zhuǎn)化為適宜的電壓值，實(shí)現(xiàn)降壓的過程。其次，對低電壓的交流電進(jìn)行整流，本設(shè)計(jì)采用了橋式全波整流，與半波整流相比，全波整流最大的特點(diǎn)是充分利用了正負(fù)半周的信號。橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦?，將四個(gè)二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，四只整流二極管接成電橋形式，故稱橋式整流。在交流電的正半周，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，在負(fù)載RL上得到一半波整流電壓。將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個(gè)單方向的脈動電壓。再次，整流后，還需利用濾波電路將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。本設(shè)計(jì)采用儲能電容濾波從整流全橋輸出的單項(xiàng)脈動電壓信號在上升段給電容充電，下降時(shí)電容向負(fù)載放電從而使電壓不會馬上掉下來，相當(dāng)于濾波后輸出了一個(gè)直流電壓信號。電容容量越大，所儲存的能量越多，在整流信號下降時(shí)給負(fù)載提供的能量越多，所以濾波之后的波形較為平緩，電源的質(zhì)量就越好。最后，雖然整流濾波電路能將交流電壓變?yōu)楸葦M平滑的直流電壓，但是一方面，由于輸出電壓平均值取決于變壓器副邊電壓有效值，所以當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時(shí)，輸出電壓平均值將隨之產(chǎn)生相應(yīng)的波動：另一方面，由于整流濾波電路電阻的存在，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，內(nèi)阻上的電壓隨之變化，于是輸出電壓平均值也將隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。為穩(wěn)定輸出電壓，要對輸出的電流進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓方式有多種：穩(wěn)壓二極管建議穩(wěn)壓、設(shè)計(jì)跟隨器穩(wěn)壓、集成電路穩(wěn)壓等，本次設(shè)計(jì)采用集成電路LM117穩(wěn)壓，把電源的正極接入LM117的輸入腳，117的地腳同橋的地腳相連，117輸出腳和它的地腳這兩點(diǎn)就是輸出12V的正極和負(fù)極。2波形產(chǎn)生及轉(zhuǎn)換產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波—方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?。本文采用電壓比擬器先產(chǎn)生方波，積分運(yùn)算產(chǎn)生三角波，再通過差分放大電路將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法，本文中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示：差分放差分放大電路積分運(yùn)算電路電壓滯回比較器方波發(fā)生電路的工作原理此電路由反相輸入的滯回比擬器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，通過RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz,那么同相輸入端電位Up=+Ut，Uo通過電阻對電容正向充電。反相輸入端電位Un隨時(shí)間t的增長而逐漸增高，當(dāng)t趨于無窮時(shí)，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過電阻對電容C反向充電。Un隨時(shí)間逐漸增長而減低，當(dāng)t趨于無窮大時(shí)，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開始正相充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，R1稱為平衡電阻。比擬器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負(fù)電源電壓-Vee〔|+Vcc|=|-Vee|〕,當(dāng)比擬器的U+=U-=0時(shí)，比擬器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。設(shè)Uo1=+Vcc,那么將上式整理，得比擬器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為假設(shè)Uo1=-Vee,那么比擬器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為比擬器的門限寬度后一局部反相積分器，其輸入信號為方波Uo1，那么積分器的輸出Uo2為時(shí)，時(shí)，可見積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波。三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。分析說明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為：式中——差分放大器的恒定電流；——溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時(shí)，UT≈26mV。如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為式中Um——三角波的幅度；T——三角波的周期?！?】總電路圖將直流電源及各模塊連接成總的電路圖如下：三、電路仿真結(jié)果12V直流電源仿真結(jié)果：方波產(chǎn)生：輸出三角波：輸出正弦波：四、儀器儀表清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量A7412R10K?1R2K?1R1K?3R10K?5R50K?2雙聯(lián)通滑阻器50K?3500K?2R100K?2D2N2222A4發(fā)光二極管2C470uF5C1uF4C800pF2C3.3mF5三端穩(wěn)壓管LM7812CT1五、心得體會在為期近一個(gè)月的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，期間的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、及電路搭建過程中我感觸頗深，使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、搭建方法；以及如何提高電路的性能等等。通過該實(shí)驗(yàn)，我對RC振蕩電路，滯回比擬器，反向積分運(yùn)算電路有了更進(jìn)一步的了解，將課本上所學(xué)的抽象的理論知識運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)中，并加強(qiáng)了我的動手能力．在做RC振蕩電路的實(shí)驗(yàn)中，波形產(chǎn)生了交越失真，沒有很好的到達(dá)要求。讓我了解最深的是，對方波產(chǎn)生電路，如果用單限比擬器，輸入電壓在閾值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的變化，即其抗干擾能力差，所以我選擇用滯回比擬器，它使輸出方波更理想。在實(shí)驗(yàn)過程中，我遇到了不少的問題。比方：波形失真，甚至不出波形這樣的問題。在同