正弦波三角波方波發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、正弦波三角波方波發(fā)生器設(shè)計(jì)(1) 正 弦 波 方 波 三 角 波 產(chǎn) 生 電 路 09通信（一）班 盧 陽(yáng) 090164074 李英杰 090110056 姚可可 090110033 目錄 1設(shè)計(jì)的目的及任務(wù) （3） 11 課程設(shè)計(jì)的目的 （3） 12 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 （3） 13 課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo) （3） 2 總體電路設(shè)方案 （4） 2.1 正弦波發(fā)生電路的工作原理（4） 2.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的工作原理（5） 2.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的工作原理（7） 2.4 總電路圖（8） 3 單元電路設(shè)計(jì)（9） 3.1 正弦波發(fā)生電路的設(shè)計(jì) （9） 3.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的設(shè)計(jì)（11

2、） 3.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的設(shè)計(jì)（13） 4 電路調(diào)試或仿真 （14） 41 PROTEL制圖 （14） 42 Multisim部分 （15） 5 收獲體會(huì)（16） 6 參考文獻(xiàn)（17） 共 17 頁(yè) 一 設(shè)計(jì)的目的及任務(wù) 11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IC器件的應(yīng)用 3培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐的能力 4掌握常用元器件的識(shí)別和測(cè)試 5熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法 6. 培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作能力 12課程設(shè)計(jì)任務(wù)與要求： 1. 設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波信號(hào)發(fā)生器， 2能同時(shí)輸出一定頻率一定幅度的3種波形：正弦波、方波和三角波； 3可以用12V

3、或15V直流穩(wěn)壓電源供電； 13 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、三角波； 3頻率范圍 ：在1010000Hz范圍內(nèi)可調(diào) ； 4輸出電壓：方波U24V，三角波U8V，正弦波U>1V。 共 17 頁(yè) 二 總體電路設(shè)方案 2.1正弦波發(fā)生電路的工作原理: 1.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(chēng)為相位條件；產(chǎn)生振蕩必須滿(mǎn)足幅度條件；

4、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(shí)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)幅電路個(gè)部分。 2正弦波振蕩電路的組成判斷及分類(lèi)： （1） 放大電路：保證電路能夠有從起振到動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)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(hào)等于其反饋信號(hào)。 （4） 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線(xiàn)性環(huán)節(jié)，作用是輸出信號(hào)幅值穩(wěn)定。 3.判斷電路是否振蕩。方法是： （1）是否滿(mǎn)足相位條件，即電路是否是正反饋，只有滿(mǎn)足

5、相位條件才可能產(chǎn) 生振蕩 （2）放大電路的結(jié)構(gòu)是否合理，有無(wú)放大能力，靜態(tài)工作是否合適； （3） 是否滿(mǎn)足幅度條件 4.正弦波振蕩電路檢驗(yàn)，若： (1) (2) (3) 則不可能振蕩； 振蕩，但輸出波形明顯失真； 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 5.分類(lèi)： 按選頻網(wǎng)絡(luò)的元件類(lèi)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。 共 17 頁(yè) RC正弦波振蕩電路 常見(jiàn)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(chēng)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)。它的電路圖如圖 （1）所示： 它的起振條件

6、為： 。它的振蕩頻率為： 它主要用于低頻振蕩。要想產(chǎn)生更高頻率的正弦信號(hào)，一般采用LC正弦波振蕩電路。它的振蕩頻率為： 。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(chǎng)合。 圖（1） 2.2 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(lái)源于輸入信號(hào)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

7、UZ。集成運(yùn)放反相輸人端電位UPUI同相輸入端電位 共 17 頁(yè) 令UN=UP求出的uI就是閥值電壓，因此得出 輸出電壓在輸人電壓u，等于閥值電壓時(shí)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u(píng)P=+UYO。只有當(dāng)輸人電壓uI增大到+UT，再增大一個(gè)無(wú)窮小量時(shí)，輸出電壓UO才會(huì)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u(píng)P-UT。只有當(dāng)輸人電壓UI減小到-UT，再減小一個(gè)無(wú)窮小量時(shí)，輸出電壓UO才會(huì)從-UT躍變?yōu)?UT?？梢?jiàn)，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

8、圖b)所不。 從電壓傳輸特性上可以看出，當(dāng)-UTuI+UT時(shí)，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(xiàn)具有方向性，如圖b)所示。 共 17 頁(yè) 實(shí)際上，由于集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)差模增益不是無(wú)窮大，只有當(dāng)它的差模輸人電壓足夠大時(shí)，輸出電壓UO才為UZ。UO在從+UT變?yōu)?UT或從-UT變?yōu)?UT的過(guò)程中，隨著uI的變化，將經(jīng)過(guò)線(xiàn)性區(qū)，并需要一定的時(shí)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=+U

9、T時(shí)，只要uI略大于+UT足以引起UO的下降，即會(huì)產(chǎn)生如下的正反饋過(guò)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)閁T，從而獲得較為理想的電壓傳輸特性。 本電路中該電路的作用是將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)變成方波信號(hào)，其傳輸特性曲線(xiàn)如下圖所示： 正弦波傳輸特性 2.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的工作原理： 共 17 頁(yè) 當(dāng)輸入信號(hào)為方波時(shí)，其輸出信號(hào)為三角波，電路波形圖如下： 2.4總電路圖 共 17 頁(yè) 三 單元電路設(shè)計(jì) 3.1 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 RC橋式正弦振蕩電路 該電路Rf回路串聯(lián)兩個(gè)并聯(lián)的二極管，

10、如上圖所示串聯(lián)了兩個(gè)并聯(lián)的1BH62，這樣利用電流增大時(shí)二極管動(dòng)態(tài)電阻減小、電流減小時(shí)動(dòng)態(tài)電阻增大的特點(diǎn)，加入非線(xiàn)性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。 共 17 頁(yè) 用Multisim10.0對(duì)電路進(jìn)行仿真得到下圖 仿真波形 共 17 頁(yè) 3.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的設(shè)計(jì) 本電路中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 滯回電壓比較器電路原理圖 滯回電壓比較器原理前面有描述，不再重復(fù)。 本電路中用到的穩(wěn)壓管為1N5759A，其穩(wěn)壓電壓為1.7V 電路中閾值電壓為： UT1= R2R1?R2 R2 R1?R2 R1UREF-R1R1?R2R1R1?R2UZ UREF+UZ UT2= 本

11、電路中UREF=0，所以 UT1=- R1?R2 R1UZ UT2=R1?R2UZ 共 17 頁(yè) 用Multisim10.0對(duì)其進(jìn)行仿真得到如下波形圖 波形仿真 共 17 頁(yè) 3.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的設(shè)計(jì) 本電路中方波轉(zhuǎn)成三角波采用積分電路，其電路原理如下圖所示 積分電路圖 電路仿真如下圖所示 共 17 頁(yè) 四 電路調(diào)試或仿真 4.1 PROTEL繪制原理圖 PCB封裝圖 共 17 頁(yè) 42 Multisim電路仿真 總電路圖如下所示 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；第二部分為電壓比較器電路，其功能為將正弦波轉(zhuǎn)成方波；第三部分為

12、積分電路，其功能為利用積分電路將方波轉(zhuǎn)成三角波； 在正弦波產(chǎn)生電路中f=1/(2RC),改變RC的值可以改變電路的信號(hào)頻率，在電壓比較器中，改變參考電壓UREF的值可以改變方波的比例。 共 17 頁(yè) 電路總體仿真圖如下所示 五 收獲體會(huì) 本次實(shí)踐是我們?nèi)齻€(gè)人第一次合作，親身體會(huì)自己動(dòng)手查資料、設(shè)計(jì)電路、仿真等過(guò)程，每個(gè)人都感覺(jué)收獲很大。在實(shí)踐過(guò)程中，有幾次都沒(méi)有成功，在我們的不斷努力、不斷探索、不斷查資料之下，終于將電路設(shè)計(jì)成功，在成功之時(shí)心情真的是不一樣！ 本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)由李英杰同學(xué)負(fù)責(zé)Multisim仿真，盧陽(yáng)同學(xué)負(fù)責(zé)protel制圖，姚可可同學(xué)負(fù)責(zé)收集資料，整理設(shè)計(jì)方案，實(shí)踐總結(jié)。 本次設(shè)計(jì)中采用電路模塊化理念，將本來(lái)非常復(fù)雜的電路分解成一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的單元電路，然后設(shè)計(jì)單元電路，單元電路設(shè)計(jì)起來(lái)就簡(jiǎn) 共 17 頁(yè) 單多了。最后將每個(gè)單元電路連接起來(lái)便成了一個(gè)復(fù)雜的，具有特定功能的電路。這種設(shè)計(jì)電路的思想在設(shè)計(jì)大型電路時(shí)尤為突出，每個(gè)人只需要負(fù)責(zé)自己的一塊電路，然后匯總就可以了！ 本次設(shè)計(jì)中遇到了不少困難，但在老師同學(xué)的幫助下、在我們自己的努力下