模擬電路課程設(shè)計(jì)---正弦波-方波-三角波函數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)課題： 設(shè)計(jì)制作一個(gè)產(chǎn)生正弦波-方波-三角波函數(shù)轉(zhuǎn)換器 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： 　　

2、　　　　</p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間： </p><p>　　正弦波-方波-三角波函數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p>　?、?輸出波形頻率范圍為0.2KHz~20kHz且連

3、續(xù)可調(diào)；</p><p>　?、谡也ǚ禐?#177;2V，；</p><p>　?、?方波幅值為2V；</p><p>　?、?三角波峰-峰值為2V，占空比可調(diào)；</p><p>　　⑤分別用三個(gè)發(fā)光二極管顯示三種波形輸出；  </p><p>　?、抻脴蚴秸麟娙轂V波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)電路所需

4、的正負(fù)直流電源（±12V）。</p><p><b>　　二、方案設(shè)計(jì)與論證</b></p><p>　　波形產(chǎn)生電路通?？刹捎枚喾N不同電路形式和元器件后的所要求的波形信號(hào)輸出。波形產(chǎn)生電路的關(guān)鍵部分是振蕩器，而設(shè)計(jì)振蕩器電路的關(guān)鍵是選擇有源器件，確定振蕩器電路的形式以及確定元件參數(shù)值等。具體設(shè)計(jì)可參考以下方案。</p><p>　　

5、方案一、文氏橋式振蕩器（RC串-并聯(lián)正弦波振蕩器）產(chǎn)生正弦波輸出，其主要特點(diǎn)是采用RC串-并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為選頻和反饋網(wǎng)絡(luò)，其振蕩頻率f0=1/（2∏RC），改變RC的數(shù)值，可得到不同頻率的正弦波信號(hào)輸出。用集成運(yùn)放構(gòu)成電壓比較器，將正弦波信號(hào)變換成方波信號(hào)輸出。用運(yùn)放構(gòu)成積分電路，將方波信號(hào)變換成三角波信號(hào)輸出。該電路的優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)生信號(hào)的非線性失真小，缺點(diǎn)是：調(diào)試過(guò)程煩瑣，所需元器件多，制作難度大，成本較高．</p><

6、p><b>　　方框圖：　</b></p><p>　　方案二、用uA741構(gòu)成信號(hào)發(fā)生電路，把正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)再轉(zhuǎn)變成三角波信號(hào)，該電路調(diào)試過(guò)程較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)波形的轉(zhuǎn)換，制作簡(jiǎn)單．</p><p>　　三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　(1)直流電源:</b></p>

7、<p>　　直流電源由電源變壓器，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路四部分構(gòu)成。</p><p>　　1、穩(wěn)壓電源的組成框圖</p><p>　　交流 </p><p><b>　　電源</b>&

8、lt;/p><p><b>　　2、電路圖</b></p><p><b>　　3．整流，濾波電路</b></p><p>　　用四個(gè)整流二極管組成單相橋式整流電路，將交流電壓Ｕ2變成脈動(dòng)的直流電壓,為了減小電壓的脈動(dòng)，再經(jīng)濾波電容C1濾除紋波,輸出直流電壓Ui ，UI=1.2U2</p><p>　　

9、為了獲得較好的濾波效果，在實(shí)際電路中，應(yīng)選擇濾波電容的容量滿足RLC=(3～5)T/2的條件。兩個(gè)二極管分別與LM7812和LM7912反向并聯(lián)，取到保護(hù)電路的作用。同時(shí)在后面有兩個(gè)發(fā)光二極管監(jiān)視電路?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?　　　　　 　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　</p><p><b

10、>　　4．穩(wěn)壓電路　</b></p><p>　　穩(wěn)壓電路中用三端固定穩(wěn)壓器組成固定電壓輸出電路，用Ｃ為抗干擾電容，用以旁路在輸入導(dǎo)線過(guò)長(zhǎng)時(shí)竄入的高頻干擾脈沖，Ｃi是用來(lái)改善輸出瞬變特性和防止電路產(chǎn)生自激振蕩．所接的二極管對(duì)穩(wěn)壓器起保護(hù)作用，防止輸入端短路時(shí)Ｃ2上電荷對(duì)穩(wěn)壓器內(nèi)部放電使內(nèi)部輸出管擊穿而損壞．</p><p>　　三端固定式集成穩(wěn)壓器構(gòu)成穩(wěn)壓電路時(shí)要求輸入電

11、壓Ｕi不能過(guò)低，</p><p><b>　　Ｕi—U0>3V</b></p><p>　　根據(jù)輸出電壓、電流選用三端集成穩(wěn)壓器及輸入電壓。</p><p>　　（2）信號(hào)發(fā)生部分　</p><p><b>　　1.正弦波部分</b></p><p>　　用文氏橋電路,

12、電路由放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四個(gè)部分組成。 </p><p>　　放大電路應(yīng)具有盡可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻以減少放大電路對(duì)選頻特性的影響，使振蕩頻率幾乎僅決定于選頻網(wǎng)絡(luò)，因此通常選用引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋的放大電路。</p&g

13、t;<p>　　正反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋電壓Uf是同相比例運(yùn)算電路的輸入電壓，因而要把同相比例運(yùn)算電路作為整體看成電路放大電路，它的比例系數(shù)是電壓放大倍數(shù)，根據(jù)起振條件和幅值平衡條件有</p><p>　　Rf2R1 </p><p>　　且振蕩產(chǎn)生正弦波頻率</p><p>　　正弦波電路參數(shù)設(shè)計(jì)：由于RC橋式振蕩的振蕩頻率是由RC網(wǎng)絡(luò)決定的，因此選

14、擇RC的值時(shí)，應(yīng)把已知的振蕩頻率作為主要依據(jù)。同時(shí)，為了使選頻網(wǎng)絡(luò)的特性不受集成放大器輸入和輸出電阻的影響，選擇R時(shí)還應(yīng)考慮R應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于集成遠(yuǎn)放的輸出電阻，并且要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于集成遠(yuǎn)放的輸入電阻。根據(jù)已知條件，由fo =1/（2πRC）可以計(jì)算電容的值，實(shí)際應(yīng)用時(shí)要選擇穩(wěn)定性好的電阻和電容。R1和Rf的值可以由起振條件來(lái)確定，通常取Rf=2.1R1，這樣可以保證起振又不會(huì)使輸出波形嚴(yán)重失真。</p><p>　　因?yàn)?/p>

15、0.2KHz < <20KHz 得R。又因Rf2R1取Rf=2.1R1 可得R1=。設(shè)計(jì)R要考慮失調(diào)電流及其漂移影響，應(yīng)該取R=R1//Rf。綜合上述兩個(gè)條件可以算出R1的值為11.7～11.7K，則Rf應(yīng)為24.49～24.49K。實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)這兩個(gè)電阻的值使其滿足要求。</p><p>　?。玻也ǎ讲ㄞD(zhuǎn)換部分</p><p>　　正弦波到方波的轉(zhuǎn)換采用的是過(guò)零

16、比較器，從集成運(yùn)放輸出端的限幅電路可以知道 U0=±R7/(R7+R6)Uz</p><p>　　由幅值是兩伏與及市產(chǎn)的情況，選所以選Uz=±6.2的穩(wěn)壓管，如果選R7為1 K?，則(R7+R6)的值約為3 K?</p><p>　　3. 方波－三角波轉(zhuǎn)換部分</p><p>　　此電路由反相輸入的過(guò)零比較器和RC電路組成。RC回路既作為

17、延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UT。Uo通過(guò)R3對(duì)電容C正向充電，如圖中實(shí)線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時(shí)間t的增長(zhǎng)而逐漸增高，當(dāng)t趨于無(wú)窮時(shí)，Un趨于+Uz；但是，一旦Un≥0,Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過(guò)R3對(duì)電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)而減低，當(dāng)t趨于無(wú)窮大時(shí)，Un趨

18、于-Uz；但是，一旦Un≤0,Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開(kāi)始正相充電。上述過(guò)程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。</p><p>　　±UT=±R2∕(R6+RW)U02m T=2R6(R6+RW)C3∕R7</p><p>　　運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，R6稱為平衡電阻。比

19、較器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負(fù)電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 當(dāng)比較器的U+=U-=0時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。</p><p>　　由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性.</p><p>　　當(dāng)輸入信號(hào)為方波Uo1，則積分器的輸出Uo3為</p><p>

20、　　Uo=+Uz,D5導(dǎo)通,D6截止，Uo3=-1/(R6C)Uz(t1-t0)+Uo(t0)</p><p>　　Uo=-Uz,D6導(dǎo)通,D5截止,Uo3=1/(R6+Rw')Uz(t2-t1)+Uo(t1)</p><p>　　可見(jiàn)積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度不相等的占空比可調(diào)的鋸齒波.</p><p>　　經(jīng)計(jì)算，如果選R6=1k

21、,則R7=10K，C=100nF.三角波圖與方波圖如下：</p><p>　　四、總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　1．總原理圖</b></p><p><b>　　2．元件清單</b></p><p><b>　　五、安裝與調(diào)試</b></p>

22、<p>　　對(duì)直流穩(wěn)壓電源測(cè)試其變壓器的原副邊電壓，整流、濾波電壓，穩(wěn)壓管輸入輸出電壓，如果測(cè)試值在誤差范圍內(nèi)，說(shuō)明滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　?。ㄒ唬╈o態(tài)調(diào)試：</b></p><p>　　用萬(wàn)用表對(duì)電路板進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試，目的主要是為了防止虛焊或者漏焊。</p><p>　　靜態(tài)調(diào)試沒(méi)有問(wèn)題之后方可以到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)

23、試，主要測(cè)試參數(shù)有正弦波的幅值，輸出波形頻率范圍。</p><p>　　再對(duì)方波、三角波電路的靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，即方波的幅值。然后對(duì)電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。主要是測(cè)試方波的振蕩頻率的調(diào)節(jié)范圍。注意用示波器測(cè)量幅值必須把所有的微調(diào)都調(diào)到順時(shí)針頂端。在測(cè)量數(shù)之前必須把波形先調(diào)好，只有在波形不失真的情況下才能測(cè)量參數(shù)，否則所測(cè)數(shù)據(jù)沒(méi)有任何意義。</p><p><b>　?。ǘ﹦?dòng)態(tài)調(diào)試：

24、</b></p><p>　　1、正弦波產(chǎn)生電路的安裝與調(diào)試：</p><p>　?。?）. 把UA741集成塊插入面包板，注意布局，焊點(diǎn)焊接；</p><p>　?。?）. 分別把各電阻放入適當(dāng)位置，尤其注意電位器、穩(wěn)壓管的接法；</p><p>　?。?）. 按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。</p><

25、p>　　(4).頻率的調(diào)節(jié)：固定電容C不變，改變RC振蕩電路中R的值，在三角波幅值符合要求時(shí)，輸出波形頻率發(fā)生改變，測(cè)量頻率變化范圍.</p><p>　　2、方波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試：</p><p><b>　　安裝方波產(chǎn)生電路：</b></p><p>　　把UA741集成塊插入面包板，注意布局；</p><p&

26、gt;　　(1). 分別把各電阻放入適當(dāng)位置，尤其注意電位器的接法；</p><p>　　(2). 按圖接線，注意直流源的正負(fù)及接地端。</p><p><b>　　調(diào)試方波產(chǎn)生電路：</b></p><p>　　(1). 接入電源后，用示波器進(jìn)行觀察；</p><p>　　(2). 調(diào)節(jié)R9，使方波的幅值滿足指標(biāo)要求；

27、</p><p>　　(3). 觀察示波器，各指標(biāo)達(dá)到要求后進(jìn)行下一部安裝。</p><p>　　3、三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試：</p><p>　?。?）調(diào)試方法與方波相同。</p><p>　　(2)占空比調(diào)節(jié)：改變RW變中心滑頭，就可以實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)。</p><p><b>　　六、性能測(cè)試與分析&

28、lt;/b></p><p>　　1、正弦波發(fā)生部分的仿真電路圖</p><p>　　2、方波發(fā)生部分的仿真電路圖</p><p>　　3、三角波發(fā)生部分的仿真電路圖</p><p>　　4、數(shù)據(jù)處理和誤差計(jì)算</p><p><b>　　直流電壓源</b></p><p

29、>　　1.變壓器的副邊輸出電壓為15.6V 理論 U=15V</p><p>　　η1=(15.6-15)/15*100%=4%</p><p>　　2.整流濾波電壓穩(wěn)壓管的輸入電壓均為20.5V 理論 U=20V</p><p>　　誤差η2=（20．5-20）/20*100%=2.5% </p><p>　

30、　3.穩(wěn)壓管輸出電壓UO1=+12V UO2=-11.9V 理論UO1=+12V UO2=-12V</p><p>　　誤差η3=（12-12）/12*100%=0</p><p>　　η4=（12-11．9）/12*100%=0.833%</p><p><b>　　(二)波形產(chǎn)生</b></p><p>　　

31、1．輸出波形頻率范圍為200.42Hz－20.843KHz且連續(xù)可調(diào)。</p><p>　　2．正弦波幅值為2.0Ｖ</p><p>　　3．方波幅值為2.0Ｖ</p><p>　　4. 三角波峰-峰值為2Ｖ，占空比可調(diào)．</p><p>　　η5=η6=η7=（2.0-2.0）、2.0*100%=0</p><p>

32、<b>　?。ㄈ┱`差分析</b></p><p>　　1.參數(shù)設(shè)計(jì)不夠精確。</p><p>　　2.所選可調(diào)電阻的調(diào)節(jié)范圍太大，調(diào)節(jié)不夠精確。</p><p>　　3.調(diào)試沒(méi)能很精確，產(chǎn)生的波形還有細(xì)微的失真現(xiàn)象，記錄數(shù)據(jù)時(shí)，讀數(shù)不精確導(dǎo)致誤差產(chǎn)生．</p><p>　　4.選用的實(shí)驗(yàn)元件存在系統(tǒng)偏差．</p&

33、gt;<p>　　5.選用的實(shí)驗(yàn)元件受溫度的影響，實(shí)驗(yàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的誤差產(chǎn)生.</p><p>　?。ㄋ模└倪M(jìn)該實(shí)驗(yàn)，減少實(shí)驗(yàn)誤差的方法：</p><p>　　選取精確度較高的實(shí)驗(yàn)器件，在選擇可變電阻時(shí)要考慮到其要調(diào)節(jié)的范圍，盡可能的選用與要用最大限度接近的可調(diào)電阻，在振蕩電路中可調(diào)電阻最好用雙滑式可調(diào)電阻</p><p>　　在調(diào)試過(guò)程中要盡可能的把

34、波形調(diào)節(jié)到不失真，調(diào)節(jié)頻率時(shí)用同軸電位器，這樣不僅避免了調(diào)節(jié)困難，還能使調(diào)節(jié)的精確度更高．</p><p><b>　　七、結(jié)論與心得</b></p><p>　　通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，我對(duì)RC振蕩電路，滯回比較器，反向積分運(yùn)算電路有了更進(jìn)一步的了解，將課本上所學(xué)的抽象的理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)中，并加強(qiáng)了我的動(dòng)手能力．</p><p>　　讓我了解最深的是，

35、對(duì)方波產(chǎn)生電路，如果用單限比較器，輸入電壓在閾值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的變化，即其抗干擾能力差，所以我選擇用滯回比較器，</p><p>　　由于所買(mǎi)穩(wěn)壓管電阻為6.2V 而不是2V，所以方波幅值滿足不了，我在方波的輸出端引一條線串聯(lián)一個(gè)可調(diào)電阻和一個(gè)固定電阻，通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，這樣可以很好的使輸出端電壓幅值滿足要求。</p><p>　　在今后的實(shí)驗(yàn)中嚴(yán)格要求自己，并學(xué)

36、好的理論知識(shí)。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1．童詩(shī)白 華成英 《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 高等教育出版社 2. 《電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測(cè)試 》謝自美主編</p><p>　　3．畢滿清編 《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》 機(jī)械工業(yè)大學(xué)出版社 </p&g