方波 三角波波形发生器的设计(17页).doc

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1、-西安文理学院物理与机械电子工程学院课程设计报告专业班级课 程电子技术课程设计题 目方波 三角波波形发生器的设计学 号学生姓名指导教师2013年12-第 17 页-西安文理学院机械电子工程系课程设计任务书学生姓名 专业班级 学 号 指导教师 职 称 教研室 自动化 课 程 电子技术课程设计 题目 方波、三角波波形发生器的设计 任务与要求任务：设计能产生方波、三角波波形信号输出的波形发生器。 1输出的各种波形工作频率范围0.02Hz10k Hz连续可调； 2方波幅值10V； 3三角波峰-峰值20V；各种输出波形幅值均连续可调； 4设计电路所需的直流电源。要求：1. 根据设计任务和指标，初选电路；

2、2. 通过调查研究、设计计算，确定电路方案。开始日期 2013.12.13 完成日期 2013.12.27 2013年 12 月 27 日目录设计目的 4设计任务和要求 4总体设计方案 5功能模块设计与分析 10电路的安装与调试 14实验仪器及元器件清单 14心得体会 16一、设计目的1. 掌握方波三角波产生电路的设计方法及工作原理；2. 掌握电子系统的一般设计方法；3. 掌握常用原件的识别和测试；4. 掌握模拟电路的安装测量与调试的基本技能；5. 培养实事求是，严谨的工作态度和严肃的工作作风。二、设计任务和要求任务：设计能产生方波、三角波波形信号输出的波形发生器。1. 方波幅值10V；2.

3、输出的各种波形工作频率范围0.02Hz10k Hz连续可调；3. 三角波峰-峰值20；各种输出波形幅值均连续可调；4. 设计电路所需的直流电源。要求：1. 根据设计任务和指标，初选电路；2. 通过调查研究、设计计算，确定电路方案。三总体设计方案方案一，框图如下图1所示： 图1 多种波形发生器原理框图（方案一）文氏桥振荡器（RC串-并联正弦振荡器）产生正弦波输出，其主要特点是采用RC串-并联网络作为选频和反馈网络，其振荡频率为f0=1/(2RC)，改变RC的值，可得到不同频率的正弦信号输出。为了使输出电压稳定，需采用稳幅措施。用集成运放构成电压比较器，将正弦波信号变换成方波信号输出。用运放构成积

4、分电路，将方波信号变换成三角波方案二，框图如下图2所示：三角波产生电路方波产生电路 三角波信号周期选择控制 方波信号图中利用滞回比较器的开关作用和具有延时作用的RC反馈网络构成多谐振器，用积分电路将方波变换成三角波信号输出。方案三，由5G8038组成的多量程、多功能信号发生器。其电路的输出信号频率可以在1Hz以下至几百KHz范围内调节，压控信号可内部选择，也可外接。输出信号可直接从2、3、9角高阻输出，也可以通过5G353低阻输出。图中利用滞回比较器的开关作用和具有延时作用的RC反馈网络构成多谐振器，用积分电路将方波变换成三角波信号.论证：经分析方案一结构复杂，不易于调试，不能很快的得到电路波

5、形。方案三可同时产生方波、三角波，该信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便。555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是R2R3RPC2；C2的放电回路是C2RPR3IC的7脚(放电管)。由于R3+RPR2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为1KHZ左右，调节电位器RP可改变振荡器的频率。方波信号经R4、C5积分网络后，输出三角波。三角波再经R5、C6积分网络，输出近似的正弦波。C1是电源滤波电容。发光二极管VD用作电源。方案二操作简便，方案一同方案二比较，对于三角波的产生有一定的麻烦，因为题目需要频率为

6、连续可调，但幅度稳定性难以达到要求；方案二由于采用运算放大器组成积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大为改善。由此，本设计采用方案二。能在简易环境下得到很清晰的波形。综上,选择方案二。四、功能模块设计与分析1. 总电路图设计2.单元电路图的设计.滞回电压比较器图10-1为一种滞回电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R3起限流作用，R2和R1构成正反馈，运算放大器当upun时工作在正饱和区，而当unup时工作在负饱和区。从电路结构可知，当输入电压uin小于某一负值电压时，输出电压uo= -UZ；当输入电压uin大于某一电压时，uo= +UZ。运算放大器在两个饱和区翻转时up=un=0

7、，由此可确定出翻转时的输入电压。up用uin和uo表示，有根据翻转条件，令上式右方为零，得此时的输入电压Uth称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图10-2所示。设输入电压初始值小于-Uth，此时uo= -UZ ；增大uin，当uin=Uth时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小uin ，当uin= -Uth时，运放则开始进入负饱和区。 图10-1 滞回电压比较器 图10-2 滞回电压比较器的直流传递特性如果给图10-1所示电路输入三角波电压，其幅值大于Uth ，设t = 0时，uo= -UZ 其输出波形如图10-3所示。可见，输出为方波。图10-3

8、输入为三角波时滞回电压比较器的输出波形. 方波三角波发生器给图10-1所示的滞回电压比较器级联一积分器，再将积分器的输出作为比较器的输入，如图10-4所示。由于积分器可将方波变为三角波，而比较器的输入又正好为三角波，因此可定性判断出，图10-4电路的输出电压uo1为方波，uo2为三角波，如图10-5所示。下面分析其振荡周期。图10-4 方波三角波发生器积分器输出电压从-Uth增加到+Uth所需的时间为振荡周期T的一半，由积分器关系式或注意到，故振荡频率则为图10-5 方波三角波发生器的输出波形. .方波三角波发生器的设计1) 双稳压二极管的稳定电压根据方波幅值选取，电阻R3根据双稳压二极管的最

9、大电流确定。2) 电阻R1和R2根据三角波的幅值确定。3) 电阻R和电容C则根据振荡频率要求确定，电容C的值不宜太大，以减小积分误差。电源的设计1) 设计思路 直流稳压电压电路设计整流电路变压器器稳压电路滤波电路要得到正负12伏的电源，首先使用变压器将220伏的交流电变成合适的值。在通过整流电路，将正弦波变成较为稳定的直流电压。在通过滤波和稳压电路，最终得到满足要求的直流电路。通过接上负载电阻，满足输出电流的要求。电路图如下：图10-6 直流电源2) 其相关参数的确定a) 设稳压器输出电压为Uo，变压器副边的输出电压有效值为Ui，因为要保证三端稳压器的功耗不太大，所以3VUi-Uo5V即当取U

10、i-Uo=3.4V时，满足上述要求，即Ui=15.4V35V此时，变压器的变化K=220/15.4=1/0.07 b) 当电压器副边电压的有效值为15.4V时，其最大值为Umax=15.4=21.8V.c) 题目要求在满载的情况下，取5倍工频的半周期，即时间常数=RC=1/502.5=0.05s.经过测试R18.所以C=0.05/18=2.8MF.为了增强滤波的效果，选取了2.8MF的电解电容。d) 为了防止自激振荡，在稳压器的输入端并联了一个大小为0.33uf的电容。e) 为了消除高频噪声和改善输出的瞬态特性，输出端接了一个1uf的电容。f) 在稳压器两端输出12V电压的情况下，要输出1A的

11、电流，根据欧姆定律，应该串联的电阻大小为R=12/1=12.五、电路的安装与调试1.电源的安装与调试I.仿真图式变压器副边电压波形图10-7 变压器副边电压波形通过变压器的变压作用，变压器副边得到的有效值为15.4伏的正弦交流电压。整流后的波形图10-8 整流后的波形滤波之后的波形图10-9 滤波之后的波形稳压后的波形（正）图10-10 稳压后的波形（正）稳压后的波形（负）图10-11 稳压后的波形（负）输出为正负12伏的直流电源。图10-12 输出为正负12伏的直流电源。II.安装与调试按图所示查找元件在面包板上安装。注意布局及元件的正负极。2. 方波三角波电路的安装与调试仿真结果图10-1

12、3 方波三角波仿真结果I.安装方波三角波电路1. 将两块LM324N集成块插入面包板，注意布局。2. 分别把各电阻放入适当的位置，尤其注意电位器的接法。3. 按图接线，注意直流源的正负极及接地端。II.调试方波三角波电路1. 接入电源后，用示波器进行双踪观察。2. 调节R2和R3使峰峰值满足要求。3. 调节滑动变阻器R5使周期满足要求。4. 观察示波器，各项指标达标后进行下一步安装。六、实验仪器及元器件清单1. 方波三角波电路部分LM324N 两个1N4047A 两个电阻（3.3K 5K 5.1K 15K 20K ） 各一个滑动变阻器（500K） 一个电容（200nf） 一个示波器 一个2.

13、电源部分 变压器（1:0.07） 两个 1B4B42 两个 LM7812KC UPC7912 各一个 电容（2.7mf 330nf 1uf） 各两个 电阻（12k） 一个 万用表 一个 七、心得体会 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关模拟电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获龋最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努

14、力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可! 课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我了解了电路的连线方法;以及如何提高电路的性能等等，通过查询资料，也了解了波形发生器的构造及原理。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段

15、日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。西安文理学院物理与机械电子工程学院自动化专业电子课程设计评分表学生姓名：班 级：学 号：题 目：方波、三角波波形发生器的设计序号项目内容满分得分1工作量适中，难易度合理52态度端正，能积极、主动参与课程设计；能很好地与组内成员协同合作完成设计；课程设计期间不缺勤203具有一定查阅文献及运用文献资料能力和计算机应用能力104总体电路运行正常，系统电路仿真正确，各项技术指标符合任务书中的要求355设计报告理论依据充分，数据准确，电路分析正确106设计报告内容齐全、合理，综述简练、完整，概念清楚，立论正确，技术用语准确，结论严谨合理；分析处理科学，条理分明，语言流畅，结构严谨57设计报告符号统一、编号齐全；格式、表格、插图等规范准确108设计报告有一定篇幅，字符数不少于25005总 分100指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日