課程設(shè)計--同頻率方波、三角波、正弦波一體發(fā)生器

1、<p>　　模擬電子技術(shù)課程設(shè)計報告</p><p>　　課程名稱： 模擬電子技術(shù) </p><p>　　設(shè)計題目： 同頻率方波、三角波、正弦波一體發(fā)生器 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　

2、在電子工程、通信工程、自動控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計算機等技術(shù)領(lǐng)域經(jīng)常需要用到各種各樣的信號波形發(fā)生器。用三角波方波發(fā)生電路實現(xiàn)的信號波形發(fā)生器與其它信號波形發(fā)生器相比其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)都有了很大的提高。因此本設(shè)計意在用741放大器設(shè)計一個產(chǎn)生方波-三角波-正弦波的函數(shù)轉(zhuǎn)換器。為了使這三種波形實現(xiàn)轉(zhuǎn)換需要設(shè)計一個電路將直流電轉(zhuǎn)換成方波和三角波繼而將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。首先直流電源通過一個同相滯回比較電路轉(zhuǎn)

3、換為方波，方波通過一個積分電路轉(zhuǎn)換為三角波，最后經(jīng)濾波電路，RC振蕩電路產(chǎn)生轉(zhuǎn)換為正弦波。從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計。</p><p>　　NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設(shè)計和驗證。本設(shè)計就是利用Multisim軟件進行電路圖的繪制并進行仿真。</p><p>　　關(guān)鍵詞：振蕩電路；電壓比較器；積分電路；低通濾波電路。</p&g

4、t;<p>　　同頻率方波、三角波、正弦波一體發(fā)生器</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)與要求</b></p><p>　　設(shè)計、組裝、調(diào)試同頻率方波、三角波、正弦波一體發(fā)生器。</p><p>　　設(shè)計遲滯比較器方波產(chǎn)生電路，頻率為10KHz可調(diào)</p><p>　　設(shè)計一有源濾波器，經(jīng)濾波電路得到的正

5、弦信號幅度峰峰值為6V以上；</p><p>　　輸出波形：方波、三角波、正弦波；</p><p><b>　　方案設(shè)計與論證</b></p><p>　　1. 方案(一)設(shè)計一個產(chǎn)生方波—三角波—正弦波函數(shù)轉(zhuǎn)換器包括同相滯回比較器和積分電路組成與濾波電路。</p><p>　　方波三角波轉(zhuǎn)換電路如圖所示此部分由同相滯

6、回比較電路和積分電路組成。同相滯回比較器的輸出高、低電平分別為Uoh=+Uz,Uol=-Uz即為方波的幅值。滯回比較器的閾值電壓±Ut為三角波的峰峰值。</p><p><b>　　方波三角波轉(zhuǎn)換電路</b></p><p>　　濾波法實現(xiàn)三角波與正弦波的轉(zhuǎn)換。要求輸入三角波電壓U1的最低頻率為fmin則其最高頻率fmax小于3fmin就可以利用低通濾波器將

7、三角波變換為正弦波.</p><p><b>　　三角波轉(zhuǎn)正弦波電路</b></p><p><b>　　總電路圖</b></p><p>　　2. 方案(二) 方波三角波轉(zhuǎn)換電路與方案一相同，三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路用折線法實現(xiàn)，其電路頻率可選較大差值。</p><p><b>　　總電

8、路圖</b></p><p>　　3. 方案論證我選的是第一個方案，上述兩個方案均可以產(chǎn)生三種波形。方案二的電路復(fù)雜，有過多焊接部分，而且較浪費元器件，但是方案的在調(diào)節(jié)的時候比較方便可以很快的調(diào)節(jié)出波形。方案一電路簡潔利于焊接可以節(jié)省元器件，但是在調(diào)節(jié)波形的頻率值時有一定的限度，由于整個電路時一起的只要調(diào)節(jié)前面部分就會影響后面的波形，所以選用方案一也可以達到要求。</p><

9、p>　　單元電路設(shè)計與參數(shù)計算</p><p>　　1.方波三角波轉(zhuǎn)換電路包括同相滯回比較器和積分電路組成.</p><p>　　a.如圖所示，在電路的左邊為同相滯回比較器，右邊為積分運算電路。同相滯回比較器的輸出高低電平分別為Uoh=+Uz，Uol=-Uz</p><p>　　積分運算電路的輸出電壓uo作為輸入電壓，A1同相輸入端的電位</p>

10、<p>　　Up1=uo1·R1/(R1+R2+R6)+Uo·(R2+R6)/(R1+R2+R6)</p><p>　　令Up1=Un1=0，并將uo1=±Uz帶入得</p><p>　　±Ut=±Uz·R1/(R2+R6)</p><p><b>　　電路的振蕩原理:</b&g

11、t;</p><p>　　合閘通電，通常C 上電壓為0。設(shè)Uo1↑→ Up1↑→ Uo1↑↑，直至Uo1 ＝ Uz；積分電路反向積分，t↑→ Uo↓，一旦Uo過－ Ut ，Uo1從＋ Uz躍變?yōu)椋?Uz。積分電路正向積分，t↑→ Uo↑， 一旦Uo過＋ Ut ， Uo1從－ Uz躍變?yōu)椋?Uz ，返回第一暫態(tài)。重復(fù)上述過程，產(chǎn)生周期性的變化，即振蕩。由于積分電路反向積分和正向積分的電流大小均為Uo1/(R3+R7

12、)，使得U0在一個周期內(nèi)的下降時間和上升時間相等，且斜率的絕對值也相等，因而將方波轉(zhuǎn)換為三角波。</p><p><b>　　b.主要參數(shù)估算：</b></p><p><b>　　1)振蕩幅值</b></p><p>　　在如圖所示的三角波—方波發(fā)生電路中，因為積分電路的輸出電壓就是同相滯回比較器的輸入電壓，所以三角波的

13、幅值為</p><p>　　±Uom=±Ut=±Uz·R1/R2</p><p>　　因為方波的幅值決定于由穩(wěn)壓管組成的限幅電路，所以</p><p>　　Uoh=+Uz，Uol=—Uz</p><p><b>　　2) 振蕩周期</b></p><p>　

14、　在圖3中，在振蕩的二分之一周期內(nèi)，起始值為—Ut，終了值為+Ut</p><p>　　Ut=Uz·T/2·1/R3·C-Ut</p><p><b>　　得到</b></p><p>　　T=4·R1·(R3+R7)·C/(R2+R6)</p><p><

15、;b>　　積分器的輸出</b></p><p>　　Uo=—1/（R3+R7）·∫Uo1dt</p><p>　　Uo1=+Vcc時，Uo2=—（+Vcc）·t/(R3+R7)·C1</p><p>　　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相等的三角波，其波形關(guān)系下圖所示。</p>&l

16、t;p>　　方波—三角波的波形變換</p><p>　　比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)回路，則自動產(chǎn)生方波——三角波，三角波的幅度為</p><p>　　Uo2=Vcc·R1/(R3+R7)</p><p>　　方波——三角波的頻率為 </p><p>　　f= (R2+R6)/4R1(R3+R7)</p>&

17、lt;p>　　c.參數(shù)計算：比較器A1與積分器A2的元件計算如下：</p><p>　　得U02m=Vcc·R1/(R2+R6)</p><p>　　即R1/(R2+R6)=1/3</p><p>　　取R1=10KΩ，則R2+R6=30KΩ，取R2=20KΩ，R8為20KΩ的點位器。區(qū)平衡電阻R4=R1//(R2+R6)≈10KΩ</p>

18、;<p>　　由式f= (R2+R6)/4R1(R3+R7)</p><p>　　即R3+R7=(R2+R6)/4R1·C1</p><p>　　當(dāng)0.02HZ≤f≤20khz時，取C1=0.1µf，則R3+R7=1.5Ω～1.5KΩ，取R3=1KΩ，R8為20KΩ電位器。</p><p><b>　　方波三角波轉(zhuǎn)換電路&

19、lt;/b></p><p>　　2.三角波轉(zhuǎn)換為正弦波.利用低通濾波器將三角波變換為正弦波.</p><p>　　由RC串聯(lián)接一個同相比例運算電路組成一個一階有源低通濾波器，濾出一部分干擾，得到想要的波形.</p><p>　　在電路中，當(dāng)信號頻率趨于零時，同相輸入端的電位Up=Ui，故電路的通帶放大倍數(shù)等于同相比例運算電路的比例系數(shù)，即</p>

20、<p>　　Aup=Up/Ui=1+R11/R12</p><p><b>　　電路的電壓放大倍數(shù)</b></p><p>　　Au=Uo/Ui=(1+Rf/R1)·Up/Ui=Aup/(1+jwRC)=Aup/1+j·f/fp</p><p>　　其中， </p&g

21、t;<p>　　fp=f0=1/2πRC</p><p>　　當(dāng)C1=C時，f0=1/2πRC。所以取C1=0.1µf，R1=R2=500Ω，R3取最大阻值為100kΩ的電位器。</p><p>　　三角波轉(zhuǎn)換為正弦波電路</p><p>　　總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　1.總原理圖&l

22、t;/b></p><p>　　方波、三角波、正弦波轉(zhuǎn)換電路</p><p><b>　　2.元件清單</b></p><p><b>　　安裝與調(diào)試</b></p><p>　　1.調(diào)試方波——三角波產(chǎn)生電路</p><p>　　a. 接入電源后，用示波器進行雙蹤觀察

23、；</p><p>　　b. 調(diào)節(jié)R3，使三角波的幅值滿足指標(biāo)要求；</p><p>　　c. 調(diào)節(jié)R8，微調(diào)波形的頻率；</p><p>　　d. 觀察示波器，各指標(biāo)達到要求后進行下一部安裝</p><p>　　2.調(diào)試三角波——正弦波變換電路</p><p>　　a. 接入直流源后，把C1接地；</p>

24、<p>　　b. 在R11端接入信號源，利用示波器觀察，逐漸增大輸入電壓，當(dāng)輸出波形剛好不失真時記入其最大不失真電壓；</p><p>　　3.總電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　a. 把兩部分的電路接好，進行整體測試、觀察</p><p>　　b. 針對各階段出現(xiàn)的問題，逐個排查校驗，使其滿足實驗要求，即使正弦波的峰值為6V。</p>

25、<p><b>　　性能測試與分析</b></p><p>　　方波——三角波產(chǎn)生電路仿真</p><p><b>　　方波仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　三角波仿真結(jié)果</b></p><p>　　方波—三角波轉(zhuǎn)換仿真結(jié)果</p>&

26、lt;p>　　2.三角波——正弦波變換電路仿真</p><p><b>　　正弦波仿真結(jié)果</b></p><p>　　三角波—正弦波轉(zhuǎn)換仿真結(jié)果</p><p><b>　　總的仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　結(jié)論與心得</b></p>&l

27、t;p>　　1、通過這次課程設(shè)計，加強了動手、思考和解決問題的能力。在整個設(shè)計過程中，通過幾個個方案包括設(shè)計了一套電路原理和其他類型的各種電路原理。通過對他們的比較和認識，找到了簡單、正確的方法。</p><p>　　2、通過對輸出波形條件的限制，要求能更深次地理解各種器件的原理及使用規(guī)則，對具體的情況做到正確的判斷，提高了我們對書本知識的掌握，也把我們從理論水平提高到實踐水平。 </p>&

28、lt;p>　　3、做課程設(shè)計時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。</p><p>　　4、在對各種方案進行排查時，我們才了解到我們現(xiàn)在的知識水平還很有限，需要我們自己拓展，要多看一些關(guān)于其他類型的見解。才能幫助我們進行排查。<

29、/p><p>　　5、盡管課程設(shè)計是在期末才開始，我們的教材學(xué)習(xí)完畢，掌握許多知識，但是還有很多地方理解領(lǐng)悟不到位，只得參考其他文獻，在Multisim中試行操作，逐步摸索。進行電路的仿真。</p><p>　　6、從理論到實踐，在一個多星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，不僅可以鞏固了以前所學(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。通過這次課程設(shè)計使我

30、懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。</p><p>　　7、我也學(xué)到了團隊協(xié)作的重要性，在整個設(shè)計過程中，正是因為我們每位隊員分工合作，才能在規(guī)定的時間里順利的完成任務(wù)。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>&l

31、t;p>　　【1】《模擬電子技術(shù)》 童詩白 清華大學(xué)出版社</p><p>　　【2】《模擬電子技術(shù)教程》 張劍平 清華大學(xué)出版社</p><p>　　【3】《電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計指導(dǎo)》畢滿清 機械工業(yè)出版社</p><p>　　【4】《電子線路設(shè)計