模电多种波形发生器.pdf

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1、 本科生课程设计（论文）I 摘 要 波形发生器是一种能够产生大量标准信号和用户定义信号，具有高精度、可重复性、易操作性、对频率、幅值、相移、波形进行动态及时的控制的一类新型信号源。本设计的设计方案是把滞回比较器和积分器首尾相接组成一个正反馈闭环系统，则比较器输出的方波经过积分器可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成法波；三角波正弦波的转换电路主要由差分放大电路来完成，差分放大电路具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效抑制零点漂移，因此可以将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。关键词：信号源；滞回比较器；

2、积分器；差分放大器 本科生课程设计（论文）II 目录 第 1 章 多种波形发生器设计方案论证.1 1.1 多种波形发生器的设计背景.1 1.2 多种波形发生器的设计要求及技术指标.1 1.2.1 设计要求.1 1.2.2 技术指标.1 1.3 多种波形发生器设计方案的论证.2 1.4 总体设计方案的框图.2 第 2 章 多种波形发生器各单元电路设计.3 2.1 方波三角波产生电路.3 2.2 正弦波产生电路.4 2.3 直流稳压电源设计.5 第 3 章 多种波形发生器整体电路设计.6 3.1 整体电路图及工作原理.6 3.2 电路参数计算.7 3.3 多种波形发生器电路仿真.8 3.3.1 方

3、波三角波输出波形.8 3.3.2 正弦波输出波形.9 第 4 章 课程设计总结.10 参考文献.11 附录.12 本科生课程设计（论文）1 第1章 多种波形发生器设计方案论证 1.1 多种波形发生器的设计背景 波形发生器是随着众多领域对于复杂的、可由用户定义的测试波形的需要而形成和发展起来的，它的主要特点是可以产生任何一种特殊波形，输出信号的频率、电平以及平滑低通滤波的截至频率也可以作到程序设置，因此在机械性能分析、雷达和导航、自动测试系统等方面得到广泛的应用。而对 AWG 的控制、数据传输、输出信号的频率和电平设置都可以通过微机打印口在EPP 工作模式下设计完成。这样不仅具有设计简单，占用微

4、机资源较少的优点，而且操作简单，使用方便，易于硬件升级。波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，具有高精度、可重复性、易操作性、连续的相位变换和频率稳定性，还可以对频率、幅值、相移、波形进行动态及时的控制。随着不断进步的计算机技术和微电子技术在测量仪器中的应用而形成和发展起来的一类新型信号源。1.2 多种波形发生器的设计要求及技术指标 1.2.1 设计要求 设计并制作能产生方波、三角波、正弦波等多种波形信号输出的波形发生器 设计电路所需要的直流稳压电源。1.2.2 技术指标 输出的各种波形工作频率范围 0.02Hz-1KHz 连续可调，正弦波幅值10V，失真度小于 5%。方波幅值10

5、V。三角波峰峰值 20V，各种输出波形幅值均为连续可调，采用左进右出规律摆放电路。本科生课程设计（论文）2 1.3 多种波形发生器设计方案的论证 方案一：由比较器和积分器组成方波三角波产生电路，比较器输出的方波经过积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。方案二：文氏桥振荡器产生正弦波输出，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。用运放构成积分电路，将方波信号变换成三角波信号输出。方案二同方案一比较，对于三角波的产生有一定的麻烦，因为题目需要频率为连续可调，但幅度稳定性难以达到要求；方案一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

6、大为改善。由此，本设计采用方案一。1.4 总体设计方案的框图 方波 三角波 正弦波 比较器 积分器 差分放大器 图 1.1 总体设计方案框图 直流电源 本科生课程设计（论文）3 第2章 多种波形发生器各单元电路设计 2.1 方波三角波产生电路 将滞回比较器和积分器首尾相连形成正反馈闭环系统，则比较器输出的方波经过积分器积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样既可构成三角波、方波发生器。电路振荡频率：方波幅值：三角波幅值：调节 Rw 可以改变振荡频率；改变比值可调节三角波的幅值。图 2.1 方波三角波产生电路 方波 三角波 1wf120)(4fCRRRRzomUUz21omUR

7、RU21RR 本科生课程设计（论文）4 2.2 正弦波产生电路 三角波正弦波的转换电路主要由差分放大电路来完成，差分放大电路具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效抑制零点漂移，因此可以将频率很低的三角波变换成正弦波。图 2.2 正弦波产生电路 三角波 正弦波 本科生课程设计（论文）5 2.3 直流稳压电源设计 三端式稳压器 W7812 构成的单电源电压输出串联型稳压电源的实验电路图。其中整流部分采用了 4 个二极管组成的桥式整流器，型号为 2W06,。滤波电容 C1、C2 一般选取几百至几千微法。当稳压器距离蒸馏滤波电路较远时，在输入端必须接入电容器 C

8、3，以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出端电容 C4 用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。W7812 U2 U1 图 2.3 直流稳压电源设计电路图 本科生课程设计（论文）6 第3章 多种波形发生器整体电路设计 3.1 整体电路图及工作原理 先由 W7812 构成单电源电压输出串联型 12V 稳压电源，为方波三角波产生电路、三角波转换正弦波电路供电，保障其正常工作。由比较器和积分器产生方波和三角波将其输出，而三角波经过差分放大电路变换成为正弦波输出。W7812 图 3.1 多种波形发生器整体电路图 本科生课程设计（论文）7 3.2 电路参数计算 由 W7812 产生稳定的 1

9、2V 电压，即VVCC12 三角波方波的振荡频率为 调节 Rw 可以改变振荡频率，使得频率范围在 0.02Hz 1KHz间连续可调；方波的幅值为：三角波的幅值为：改变21RR的阻值，可以调节三角波的幅值。三角波正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C8、C9 要取得较大，因为输出频率很低。1wf120)(4fCRRRRzomUUz21omURRU 本科生课程设计（论文）8 3.3 多种波形发生器电路仿真 3.3.1 方波三角波输出波形 由上图可看出由滞回比较器和积分器产生的方波与正弦波周期 T=1.971s2.00s,频率 f=500HZ。基本符合设计的要求。图 3.2 方波三角波输出波形图

10、 本科生课程设计（论文）9 3.3.2 正弦波输出波形 由三角波经过差分放大器所输出的正弦波基本符合设计要求。图 3.3 正弦波输出波形图 本科生课程设计（论文）10 第4章 课程设计总结 本设计要求能够产生多种波形是通过先产生方波、三角波，然后三角波转变为正弦波实现的。将滞回比较器与积分器首尾相连组成闭关系统，从而产生方波和三角波，在三角波与正弦波转换的电路方面，主要采用的差分放大电路，因为其具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力强等优点。在直流稳压电源这部分，本设计采用了三端式稳压器 W7812 构成的单电源电压输出串联型稳压电源。本设计经过仿真大部分结果与预期假设相吻合，但有一点不足之处

11、，当稳压器距离滤波电路较远时，必须在输入端接入电容器，以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。本科生课程设计（论文）11 参考文献 1 康华光编著 电子技术技术模拟部分 高等教育出版社 2006.8 2 鲁宝春 主编电子技术基础实验 东北大学出版社，2011.8 3 何仰赞等 编著 电力系统分析 武汉：华中理科技学出版社，2002.3 4 于海生 编著 微型计算机控制技术 清华大学出版社 2003.4 5 梁宗善 编著 电子技术基础课程设计 华中理工大学出版社 2002.8 本科生课程设计（论文）12 附录 器件清单：原件 名称 数量 大小 运放 741、W7812 3 个 示波器 3 个 电阻 11 个 10K、2.7K、2K、20K 电容 9 个 100F、0.33F、0.1F 二极管 1N4001 6 个 三极管 3N3904 4 个 稳压管 2CW231 1 个 .忽略此处.