模电课程设计报告正弦波方波三角波发生器.docx

宁波大红鹰学院模拟电子技术课程设计报告课题名称： 信号发生器分 院： 机械与电气工程学院教 研 室： 电气工程及其自动化班 级：姓 名：学 号：指导教师： 严金龙 李燕二一三 年 十二 月课题名称一、设计任务1.1 设计要求1. 利用集成运算放大器 LM358 设计一个简易信号发生器，要求能产生正弦波、方波和三角波三种波形。2. 承受双电源供电形式：电源VCC= +12V 、VEE= -12V ；输出信号满足：1正弦波：V >=2V；方波：V =13.5V；三角波：V=8V ；pppppp2频率：110HZ；3波形无明显失真。1.2 系统框图RC 自方波发积 分激 震 荡 产生电路电路产生二、硬件设计2.1 正弦波发生电路图 1 正弦波RC 串并联选频网络如以下图a所示，它在正弦波振荡电路中既为选频网络， 又为正反响网络，所以其输入电压为，输出电压为。当信号频率足够低时， 向量如图(b)所示。超前，因而网络的简化电路及其电压和电流的，当频率趋于零时，相位超前趋近于+900，且趋近于零。当信号频率足够高时， 向量如图c所示。滞后且趋近于零。，因而网络的简化电路及其电压和电流的，当频率趋近于无穷大时，相位滞后趋近于-900，当信号频率从零渐渐变化到无穷大时，的相位将从+900 渐渐变化到-900。00因此，对于RC 串并联选频网络，必定存在一个频率f ，当f=f 时，=同相。通过计算可求出RC 串并联选频网络的频率特性，如以下图所示，其谐振频率。为使 f0=110hz，即使 RC=1/220*3.14，确定了 C 的值就得到一个电阻的值。R=1.4471.45K，C=1uf。RC 桥式正弦波振荡电路：0由于正弦波振荡器的起振条件是，从幅频特性曲线可得，当f=f 时， F=1/3，所以当 A>3 时，即 RC 串并联选频网络匹配一个电压放大倍数略大于 3 的正反响放大器时，就可构成正弦波振荡器。从理论上讲，任何满足放大倍数要求的放大电路与 RC 串并联选频网络都可组成正弦波振荡电路；但是，实际上，所选用的放大电路应具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻，以减小放大电路对选频特性的影响，使振荡频率几乎仅仅打算于选频网络。因此，通常选用引入电压串联负反响的放大电路，如同相比例运算电路。由RC 串并联选频网络和同相比例运算电路所构成的RC 桥式正弦波振荡电路如下图。正反响网络的反响电压 是同相比例运算电路的输入电压，因而要把同相比例运算电路作为整体看成电压放大电路，它的比例系数是电压放大倍数，依据起振条件和幅值平衡条件Rf 的取值应略大于 2R1。为了稳定输出电压的幅值，应在电路中参加非线性环节。例如，可选用 R1 为正温度系数的热敏电阻。当Uo 因某种缘由而增大时， 流过 Rf 和 R1 的电流增大，导致温度上升，因而 R1 的阻值增大，从而使得Au 数值减小，Uo 也就随之减小；为使电路中的电阻能到达要求，所以选择了 50K 的电位器。2.2 方波发生电路方波输出正弦波输入图 2 方波正弦波经过电压比较器后产生方波，通过课程设计要求到达Vpp=13.5v，所以选择了 6.2v 的稳压管。2.3 三角波发生电路图 3 三角波方波通过积分电路，产生三角波。积分电路是一种运用较为广泛的模拟信号运算电路，它是组成各种模拟电子电路的重要根本单元，它不仅可以实现对微分方程的模拟，同时在掌握和测量方波-三角波发生电路波形图系统中，积分电路也有着广泛运用，利用其充放电过程可以实现延时，定时以及各种波形的产生 . 积分电路还可用于延时和定时。在三角波发生电路图中，将方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到三角波电压。通过同向输入端输入作为一个滞回比较器，输出产生方波，滞回比较器的幅值大小为稳压二极管稳压电压，方波经过一个积分电路产生三角波 。2.4 原理图图 4 原理图三、测试3.1 焊接和测试当焊接完成第一步，我进展了正弦波的调试，在焊接过程中，由于没有 1.45K 的电阻，所以我只好选择了 1.5K的电阻，当测试时，频率只能到达 105hz, 试验数据能够满足理论计算。以下图为焊接过程。图 3-1 焊接过程图 3-2 正弦波和方波电路连接当第一步完成后，接着就连续了其次步，接通方波电路，在实训过程中，由于选择稳压管的时候选择错误，导致方波的Vpp 达不到要求，在后来理论分析中找到了缘由，转变了稳压二极管，最终的 Vpp 就能到达 13.5v 了。当方波再次成功了的时候，就以为着我的课程设计就将完成，最终我将积分电路接入方波发生端。经过自己在仿真软件的调试，最终完成的此次课程设计。以下图为实际完成后的电路，和测试图。图 3-3 正弦波和方波图 3-4 方波和三角波3.2 实际测量值和要求测量值f ( Hz )105Uopp1 (V)15Uopp2 (V)13.6Uopp3 (V)8设计值110.>=213.58误差%-4.55%0表 3-1 测试表0.74%0误差分析，由于选择的电阻略大于仿真电路的电阻，导致最终的实测值没能满足设计值，但是所得的数据都在误差范围内。四、总结4.1 前期的仿真和调试在前期 multisim 仿真时，遇到了很多问题，首先是对集成短路不生疏，一些脚的用法和功能都不清楚，通过在书本上和网上的查找，还有就是与教师的沟通， 了解了一些元件的用法，通过不断的改进和完善，最终将正弦的产生出来了，而且也不会消灭仿真时电容烧掉的现象。当正弦波仿真出来了，后续的工作就简洁很多，经过来说的引导，我通过电压比较电路选择了适宜的电压比较器，然后产生了我所需要的正弦波，最终就是一个简洁的积分电路了，通过积分电路很简洁就得到了三角波，但是在后期的调试过程中，为了能到达三角波的幅值，自己也查询了不少资料，并且在将仿真结果给教师看的时候，教师还告知我们在积分环节的时候最好选择较小的电容，但是最终我还是没能找到适宜的电容代替它。4.2 焊接中所遇到的问题通过试验原理图进展实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：各个芯片的引脚功能不能混淆，必需了解各个芯片的使用方法，内部构造以及使用时的留意事项，该接电源的肯定要接电源，该接地的肯定要接地，且不能有悬空。同时在电路板上要预先确定电源的正负端，不然会消灭集成电路被烧，很多同学都消灭过这样的例子。分清正负端，便于区分及焊接，正确焊接各芯片个管脚连接必需查阅各种资料并记录，以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏，同时确保整个电路的正确性。在焊接完后每块芯片都用万用表检测，看是否有短接等，还有焊接时要尽量使布线标准清楚明白，这样才有利于在调试过程中检查电路。4.3 调试中消灭的问题及解决方法调试中，由于刚开头电位器在不确定位置，所以正弦波不能够产生出来，通过调整电位器，使电阻到达了自激震荡条件时，正弦波产生。由于这电位器不知道往何处旋转是增大还是缩小，最终只好通过万用表，找到电位器然后调整电位器，确定旋转方向，最终解决了这个问题。4.4 心得体会通过本次课程设计，把我们在课堂上学到的模拟电路学问运用到实际当中。让我们了解更多模电中好玩的事。在此次设计中，固然也遇到了很多问题，当时上课并没有认真听课的弊端就完全暴露出来了，很多电路的工作原理不知所然， 得自己一个一个在网上去找，然后翻阅课本，找到相关的学问点，了解各电路的功能和适用范围。在进展一个综合性的硬件设计时，要全面考虑问题，如想用其他信号来掌握一个信号，就要考虑到和这个信号直接或间接关系的信号，必需是最重要相关的信号，然后通过他们的关系，来连接它们。这一个星期的课程设计， 让我真正理解了书本上有关此次课程设计所涉及到的学问，也让我知道我们课本上的学问在实际中怎么应用，理论联系实际。通过此次设计，我对理论学问的学习有了很大的兴趣，现在我可以主动的去学习，我明白自己该学习那个方面，重点是什么。我也把握的了在理论中遇到问题，应当怎样去解决，在实际中遇到迷团应当怎样去检查调试。虽然最终我没调试出我们想要的结果，但是经过这次课程设计让我们更稳固了我们的专业学问和焊接技能。同时还能带给我们不一样的体验，做出了属于自己频率的正弦波，不仅如此，还让自己对书本有了兴趣，通过书本，让我把握了一些根本学问，通过书本，让我明白书本的重要性。所以格外幸运有这么一次课程设计，让我在迷失的路上回到了正轨。附录仿真和实际所需器材表仿真所需器材数量个实际中所需器材数量个1.45K21.5 K21K和 10 K各 21K和 10 K各 2390K和50 K电位器1390K和50 K电位器1LM3583LM35821N414821N41482稳压二极管 6.2v2稳压二极管 6.2v21uF 电容21uF 电解电容210uf 电容110uf 电容1表 1