正弦波-方波-三角波函數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計

模擬電路課程設(shè)計報告設(shè)計課題：設(shè)計制作一個產(chǎn)生正弦波-方波-三角波函數(shù)轉(zhuǎn)換器專業(yè)班級：10電氣本學(xué)生姓名：學(xué)號：100805036指導(dǎo)教師：設(shè)計時間：2011-12-20正弦波-方波-三角波函數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計設(shè)計任務(wù)與要求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分別用三個發(fā)光二極管顯示三種波形輸出；=6\*GB3⑥用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計電路所需的正負直流電源〔±12V〕。二、方案設(shè)計與論證波形產(chǎn)生電路通?？刹捎枚喾N不同電路形式和元器件后的所要求的波形信號輸出。波形產(chǎn)生電路的關(guān)鍵局部是振蕩器，而設(shè)計振蕩器電路的關(guān)鍵是選擇有源器件，確定振蕩器電路的形式以及確定元件參數(shù)值等。具體設(shè)計可參考以下方案。方案一、文氏橋式振蕩器〔RC串-并聯(lián)正弦波振蕩器〕產(chǎn)生正弦波輸出，其主要特點是采用RC串-并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為選頻和反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，其振蕩頻率f0=1/〔2∏RC〕，改變RC的數(shù)值，可得到不同頻率的正弦波信號輸出。用集成運放構(gòu)成電壓比擬器，將正弦波信號變換成方波信號輸出。用運放構(gòu)成積分電路，將方波信號變換成三角波信號輸出。該電路的優(yōu)點是：發(fā)生信號的非線性失真小，缺點是：調(diào)試過程煩瑣，所需元器件多，制作難度大，本錢較高。方框圖：文氏橋振蕩器文氏橋振蕩器方波形成電路三角波形成電路方案二、用uA741構(gòu)成信號發(fā)生電路，把正弦波信號轉(zhuǎn)換成方波信號再轉(zhuǎn)變成三角波信號，該電路調(diào)試過程較簡單，容易實現(xiàn)波形的轉(zhuǎn)換，制作簡單。三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算(1)直流電源:直流電源由電源變壓器，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路四局部構(gòu)成。1、穩(wěn)壓電源的組成框圖負載穩(wěn)壓濾負載穩(wěn)壓濾波整流變壓交流電源2、電路圖圖13．整流，濾波電路用四個整流二極管組成單相橋式整流電路，將交流電壓Ｕ2變成脈動的直流電壓,為了減小電壓的脈動，再經(jīng)濾波電容C1濾除紋波,輸出直流電壓Ui，UI=1.2U2為了獲得較好的濾波效果，在實際電路中，應(yīng)選擇濾波電容的容量滿足RLC=(3～5)T/2的條件。兩個二極管分別與LM7812和LM7912反向并聯(lián)，取到保護電路的作用，同時在后面有兩個發(fā)光二極管監(jiān)視電路。4．穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路中用三端固定穩(wěn)壓器組成固定電壓輸出電路，用Ｃ為抗干擾電容，用以旁路在輸入導(dǎo)線過長時竄入的高頻干擾脈沖，Ｃi是用來改善輸出瞬變特性和防止電路產(chǎn)生自激振蕩．所接的二極管對穩(wěn)壓器起保護作用，防止輸入端短路時Ｃ2上電荷對穩(wěn)壓器內(nèi)部放電使內(nèi)部輸出管擊穿而損壞。三端固定式集成穩(wěn)壓器構(gòu)成穩(wěn)壓電路時要求輸入電壓Ｕi不能過低，Ｕi—U0>3V根據(jù)輸出電壓、電流選用三端集成穩(wěn)壓器及輸入電壓?！?〕信號發(fā)生局部1.正弦波局部用文氏橋電路,電路由放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、正反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四個局部組成。圖2放大電路應(yīng)具有盡可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻以減少放大電路對選頻特性的影響，使振蕩頻率幾乎僅決定于選頻網(wǎng)絡(luò)，因此通常選用引入電壓串聯(lián)負反應(yīng)的放大電路。正反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)電壓Uf是同相比例運算電路的輸入電壓，因而要把同相比例運算電路作為整體看成電路放大電路，它的比例系數(shù)是電壓放大倍數(shù)，根據(jù)起振條件和幅值平衡條件有：Rf2R1且振蕩產(chǎn)生正弦波頻率。正弦波電路參數(shù)設(shè)計：由于RC橋式振蕩的振蕩頻率是由RC網(wǎng)絡(luò)決定的，因此選擇RC的值時，應(yīng)把的振蕩頻率作為主要依據(jù)。同時，為了使選頻網(wǎng)絡(luò)的特性不受集成放大器輸入和輸出電阻的影響，選擇R時還應(yīng)考慮R應(yīng)該遠遠大于集成遠放的輸出電阻，并且要遠遠小于集成遠放的輸入電阻。根據(jù)條件，由fo=1/〔2πRC〕可以計算電容的值，實際應(yīng)用時要選擇穩(wěn)定性好的電阻和電容。R1和Rf的值可以由起振條件來確定，通常取Rf=2.1R1，這樣可以保證起振又不會使輸出波形嚴重失真。因為0.2KHz<<20KHz得R。又因Rf2R1取Rf=2.1R1可得R1=。設(shè)計R要考慮失調(diào)電流及其漂移影響，應(yīng)該取R=R1//Rf。綜合上述兩個條件可以算出R1的值為11.7～11.7K，那么Rf應(yīng)為24.49～24.49K。實際應(yīng)用時應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)這兩個電阻的值使其滿足要求。２．正弦波－方波轉(zhuǎn)換局部圖3正弦波到方波的轉(zhuǎn)換采用的是滯回比擬器，從集成運放輸出端的限幅電路可以知道：U0=±R13/(R11+R13)Uz由幅值要求是2V，所以選Uz=±6.2的穩(wěn)壓管，如果選R13為1K?，那么(R13+R11)的值約為3K?。3.方波－三角波轉(zhuǎn)換局部圖4此電路由反相輸入的過零比擬器和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、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,那么同相輸入端電位Up=+UT。Uo通過R3對電容C正向充電，如圖中實線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當(dāng)t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是，一旦Un≥0,Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過R3對電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時間逐漸增長而減低，當(dāng)t趨于無窮大時，Un趨于-Uz；但是，一旦Un≤0,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。±UT=±R2∕(R6+RW)U02mT=2R6(R6+RW)C3∕R7運放的反相端接基準電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，R6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，低電平等于負電源電壓-Vee〔|+Vcc|=|-Vee|〕,當(dāng)比擬器的U+=U-=0時，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。由以上公式可得比擬器的電壓傳輸特性.當(dāng)輸入信號為方波Uo1，那么積分器的輸出Uo3為可見積分器的輸入為方波時，輸出是一個上升速度與下降速度不相等的占空比可調(diào)的鋸齒波.經(jīng)計算，如果選R6=1k,那么R7=10K，C=100nF.三角波圖與方波圖如下：四、總原理圖及元器件清單1．總原理圖圖52．元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注AμA7413R10K?1R2K?1R1K?3R10K?5可調(diào)R50K?2可調(diào)雙聯(lián)通滑阻器50K?1可調(diào)穩(wěn)壓管6.2V2R100K?2可調(diào)DIN400710發(fā)光二極管2C3300ūF2C220ūF2C0.22ūF2C0.1ūF5三端穩(wěn)壓管LM7812CTLM7912CT各一個五、安裝與調(diào)試對直流穩(wěn)壓電源測試其變壓器的原副邊電壓，整流、濾波電壓，穩(wěn)壓管輸入輸出電壓，如果測試值在誤差范圍內(nèi)，說明滿足設(shè)計要求?！惨弧踌o態(tài)調(diào)試：用萬用表對電路板進行靜態(tài)測試，目的主要是為了防止虛焊或者漏焊。靜態(tài)調(diào)試沒有問題之前方可以到實驗室進行動態(tài)測試，主要測試參數(shù)有正弦波的幅值，輸出波形頻率范圍。再對方波、三角波電路的靜態(tài)工作點進行測試，即方波的幅值。然后對電路進行動態(tài)測試。主要是測試方波的振蕩頻率的調(diào)節(jié)范圍。注意用示波器測量幅值必須把所有的微調(diào)都調(diào)到順時針頂端。在測量數(shù)之前必須把波形先調(diào)好，只有在波形不失真的情況下才能測量參數(shù)，否那么所測數(shù)據(jù)沒有任何意義?！捕硠討B(tài)調(diào)試：1、正弦波產(chǎn)生電路的安裝與調(diào)試：〔1〕.把UA741集成塊插入面包板，注意布局，焊點焊接；〔2〕.分別把各電阻放入適當(dāng)位置，尤其注意電位器、穩(wěn)壓管的接法；〔3〕.按圖接線，注意直流源的正負及接地端。(4).頻率的調(diào)節(jié)：固定電容C不變，改變RC振蕩電路中R的值，在三角波幅值符合要求時，輸出波形頻率發(fā)生改變，測量頻率變化范圍.2、方波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試：安裝方波產(chǎn)生電路：把UA741集成塊插入面包板，注意布局；〔1).分別把各電阻放入適當(dāng)位置，尤其注意電位器的接法；(2).按圖接線，注意直流源的正負及接地端。調(diào)試方波產(chǎn)生電路：(1).接入電源后，用示波器進行觀察；(2).調(diào)節(jié)R9，使方波的幅值滿足指標要求；(3).觀察示波器，各指標到達要求后進行下一部安裝。3、三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試：〔1〕調(diào)試方法與方波相同。(2)占空比調(diào)節(jié)：改變RW變中心滑頭，就可以實現(xiàn)占空比可調(diào)。六、性能測試與分析1、正弦波發(fā)生局部的仿真電路圖2、方波發(fā)生局部的仿真電路圖3、三角波發(fā)生局部的仿真電路圖4、數(shù)據(jù)處理和誤差計算〔1〕直流電壓源①.變壓器的副邊輸出電壓為15.6V理論U=15Vη1=(15.6-15)/15*100%=4%②.整流濾波電壓穩(wěn)壓管的輸入電壓均為20.5V理論U=20V誤差η2=〔20．5-20〕/20*100%=2.5%③.穩(wěn)壓管輸出電壓UO1=+12VUO2=-11.9V理論UO1=+12VUO2=-12V誤差η3=〔12-12〕/12*100%=0η4=〔12-11．9〕/12*100%=0.833%(2)波形產(chǎn)生①．輸出波形頻率范圍為190Hz－20.51KHz且連續(xù)可調(diào)。②．正弦波幅值為2.3Ｖ③．方波幅值為2.1Ｖ④.三角波峰-峰值為1.8Ｖ，占空比可調(diào)．〔3〕誤差分析①.參數(shù)設(shè)計不夠精確。②.所選可調(diào)電阻的調(diào)節(jié)范圍太大，調(diào)節(jié)不夠精確。③.調(diào)試沒能很精確，產(chǎn)生的波形還有細微的失真現(xiàn)象，記錄數(shù)據(jù)時，讀數(shù)不精確導(dǎo)致誤差產(chǎn)生．④.選用的實驗元件存在系統(tǒng)偏差．⑤.選用的實驗元件受溫度的影響，實驗時間過長導(dǎo)致的誤差產(chǎn)生.〔4〕改良該實驗，減少實驗誤差的方法：選取精確度較高的實驗器件，在選擇可變電阻時要考慮到其要調(diào)節(jié)的范圍，盡可能的選用與要用最大限度接近的可調(diào)電阻，在振蕩電路中可調(diào)電阻最好用雙滑式可調(diào)電阻在調(diào)試過程中要盡可能的把波形調(diào)節(jié)到不失真，調(diào)節(jié)頻率時用同軸電位器，這樣不僅防止了調(diào)節(jié)困難，還能使調(diào)節(jié)的精確度更高．七、結(jié)論與心得通過該實驗，我對RC振蕩電路，滯回比擬器，反向積分運算電路有了更進一步的了解，將課本上所學(xué)的抽象的理論知識運用于實驗中，并加強了我的動手能力。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。由于所買穩(wěn)壓管電阻為6.2V而不是2V，所以方波幅值滿足不了，我在方波的輸出端引一條線串聯(lián)一個可調(diào)電阻和一個固定電阻，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，這樣可以很好的使輸出端電壓幅值滿足要求。在今后的實驗中嚴格要求自己，并學(xué)好的理論知識。八、參考文獻1．童詩白華成英《模擬電子技術(shù)根底》高等教育出版社2.《電子線路設(shè)計.實驗.測試》謝自美主編3．畢滿清編《電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計》機械工業(yè)大學(xué)出版社4.《電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)》，湖南大學(xué)彭介華主編，高等教育出版社物理與電子信息學(xué)院模擬電路課程設(shè)計成績評定表專業(yè)：電氣技術(shù)教育班級：10電氣本學(xué)號：100805036姓名：朱俊飛課題名稱設(shè)計制作一個產(chǎn)生正弦波－方波－三角波函數(shù)轉(zhuǎn)換器。設(shè)計任務(wù)與要求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分別用三個發(fā)光二極管顯示三種波形輸出；

=6\*GB3⑥用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計電路所需的正負直流電源〔±12V〕。設(shè)計報告成績評分標準：=1\*GB3①有合理的方案設(shè)計和論證、電路參數(shù)的計算、總原理圖和清單?！?-20分〕=2\*GB3②電路板制作、調(diào)試標準，有詳細制作和調(diào)試過程?！?-10分〕=3\*GB3③電路板測試合理，對性能指標測試數(shù)據(jù)完整，正確；進行數(shù)據(jù)處理標