三角波發(fā)生器課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　第一章 緒 論</p><p>　　1.1關(guān)于信號(hào)發(fā)生器</p><p>　　信號(hào)發(fā)生器在電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域里的用途非常廣泛，例如：測(cè)量，控制，通信和廣播電視系統(tǒng)中，常常需要頻率可變和幅度可調(diào)的正弦波信號(hào)發(fā)生器，在數(shù)字系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)也常常需要方波，三角波，的非正弦波信號(hào)發(fā)生器。目前我們實(shí)驗(yàn)室用的較多的波形發(fā)生器主要有兩種：低頻正弦波發(fā)生器和通用多波形發(fā)生器，

2、前者只能產(chǎn)生正弦波，調(diào)節(jié)范圍不大，但是信號(hào)穩(wěn)定，失真度底，主要用在對(duì)波形有很高的要求的實(shí)驗(yàn)中；后者能產(chǎn)生正弦波、方波和三角波，也有的能產(chǎn)生三種以上波形。</p><p><b>　　1.2關(guān)于課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)作為集中實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)著重提高學(xué)生的自學(xué)能力，獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力和動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的能力。</p><p&

3、gt;　　為了培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，對(duì)于設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)中可能碰到的重點(diǎn)、難點(diǎn)，只要通過(guò)典型分析和講解，啟發(fā)學(xué)生的思路和自學(xué)的方法，以便達(dá)到舉一反三的作用。設(shè)計(jì)中還要交給學(xué)生查閱資料、使用工具書(shū)的方法，讓他們遇到問(wèn)題時(shí)，不是立刻找老師，而是通過(guò)獨(dú)立思考，查閱資料和書(shū)籍，自己尋找答案。</p><p>　　1.3 關(guān)于三角波方波發(fā)生器</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是要求做一個(gè)能夠產(chǎn)生方波-三角波-

4、正弦波的函數(shù)發(fā)生器.眾所周知,制作函數(shù)發(fā)生器的電路有很多種.本次設(shè)計(jì)采用的電路是基于運(yùn)放的試驗(yàn)電路.</p><p>　　由理論分析知,電壓比較器可以產(chǎn)生方波,積分電路可以產(chǎn)生三角波,三角波再經(jīng)過(guò)差動(dòng)放大器可以產(chǎn)生正弦波.向電壓比較器輸入三角波就可以產(chǎn)生方波,于是可以將積分電路的輸出作為電壓比較器的輸入.各種波形頻率段的調(diào)整可以由外電路的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　

5、系統(tǒng)方案認(rèn)證</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　學(xué)習(xí)由運(yùn)算放大器組成的方波——三角波發(fā)生器電路，提高對(duì)運(yùn)算放大器非線性應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。掌握方波——三角波發(fā)生電路的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。設(shè)計(jì)制造能產(chǎn)生方波、三角波的波形發(fā)生器。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)要求</b>

6、;</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)三角波、方波產(chǎn)生電路</p><p>　　振蕩頻率1~10HZ可調(diào)</p><p><b>　　方波幅度±6V</b></p><p><b>　　三角波幅度±4V</b></p><p>　　用LED發(fā)光顯示幅度的變化&l

7、t;/p><p><b>　　方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　產(chǎn)生方波、三角波的方案有多種，本次實(shí)驗(yàn)主要采用用電壓比較器和積分器同時(shí)產(chǎn)生方波和三角波。其中電壓比較器產(chǎn)生方波，對(duì)其輸出波形進(jìn)行一次積分產(chǎn)生三角波。</p><p>　　2.3.1 方波三角波發(fā)生電路組成框圖</p><p>　　第三章 原理圖設(shè)計(jì)及仿

8、真</p><p>　　3.1三角波方波發(fā)生器方案一</p><p>　　3.1.1 方波產(chǎn)生電路</p><p>　　因?yàn)榉讲妷褐挥袃煞N狀態(tài)，不是高電平、就是低電平。所以電壓比較器是它的重要組成部分。它由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)RC充、放電實(shí)現(xiàn)使輸出狀態(tài)自動(dòng)地相互轉(zhuǎn)換。</p><p&

9、gt;<b>　　三角波產(chǎn)生電路</b></p><p>　　三角波電路波形可以通過(guò)積分電路實(shí)現(xiàn)，把方波電壓作為積分運(yùn)算電路的輸入，在積分運(yùn)算電路的輸出就得到了三角波。</p><p>　　3.1.3 滯回電壓比較器</p><p>　　圖3-1為一種滯回電壓比較器電路，雙穩(wěn)壓管用于輸出電壓限幅，R3起限流作用，R2和R1構(gòu)成正反饋，運(yùn)算放大

10、器當(dāng)up>un時(shí)工作在正飽和區(qū)，而當(dāng)un>up時(shí)工作在負(fù)飽和區(qū)。從電路結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)輸入電壓uin小于某一負(fù)值電壓時(shí)，輸出電壓uo= -UZ；當(dāng)輸入電壓uin大于某一電壓時(shí)，uo= +UZ。運(yùn)算放大器在兩個(gè)飽和區(qū)翻轉(zhuǎn)時(shí)up=un=0，由此可確定出翻轉(zhuǎn)時(shí)的輸入電壓。up用uin和uo表示，有</p><p>　　根據(jù)翻轉(zhuǎn)條件，令上式右方為零，得此時(shí)的輸入電壓</p><p>　　U

11、th稱為閾值電壓。滯回電壓比較器的直流傳遞特性如圖3-2所示。設(shè)輸入電壓初始值小于-Uth，此時(shí)uo= -UZ ；增大uin，當(dāng)uin=Uth時(shí)，運(yùn)放輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入正飽和區(qū)。如果初始時(shí)刻運(yùn)放工作在正飽和區(qū)，減小uin ，當(dāng)uin= -Uth時(shí)，運(yùn)放則開(kāi)始進(jìn)入負(fù)飽和區(qū)。</p><p>　　如果給圖3-1所示電路輸入三角波電壓，其幅值大于Uth ，設(shè)t = 0時(shí)，uo= -UZ ，其輸出波形如圖3-3所示?？梢?jiàn)

12、，輸出為方波。</p><p>　　圖3-3 輸入為三角波時(shí)滯回電壓比較器的輸出波形</p><p>　　3.1.4 方波三角波發(fā)生器：</p><p>　　給圖3-1所示的滯回電壓比較器級(jí)聯(lián)一積分器，再將積分器的輸出作為比較器的輸入，如圖3-4所示。由于積分器可將方波變?yōu)槿遣ǎ容^器的輸入又正好為三角波，因此可定性判斷出，圖3-4電路的輸出電壓uo1為方波，

13、uo2為三角波，如圖3-5所示。下面分析其振蕩周期。</p><p>　　圖3-4 方波——三角波發(fā)生器</p><p>　　積分器輸出電壓從-Uth增加到+Uth所需的時(shí)間為振蕩周期T的一半，由積分器關(guān)系式</p><p><b>　　或</b></p><p><b>　　注意到 ，故</b>

14、;</p><p><b>　　振蕩頻率則為</b></p><p>　　圖3-5 方波——三角波發(fā)生器的輸出波形</p><p>　　三角波—方波發(fā)生器方案二</p><p>　　3.2.1 NE555裝置的三角波-方波發(fā)生器電路圖</p><p>　　NE555裝置的三角波-方波發(fā)生器電路原理

15、</p><p>　　工作原理：電路如圖3-6所示。VT1、VT2和電阻R1構(gòu)成恒流源，用于對(duì)電容C2實(shí)現(xiàn)線性充電；VT3、VT4和電阻R2構(gòu)成恒流源，用于電容C2實(shí)現(xiàn)線性放電。</p><p>　　電路剛接通，C2上電壓為零，555時(shí)基集成電路的②、⑥腳小于1/3Vcc,其③腳輸出高電平（約10.8V），二極管VD4正偏，VD3反偏；VD1正偏，VD2反偏。VT2集電極電流流過(guò)VD1向C

16、2充電，當(dāng)C2上電壓線性增長(zhǎng)到23Vcc（即8V）時(shí)，555的⑥腳觸發(fā)，使③腳輸出低電平（約0V）。此時(shí)VD1、VD4反偏，而VD2、VD3正偏、電容C2上的電荷通過(guò)VT3集電極放電，當(dāng)C2上電壓線性下降到1/3Vcc（即4V）時(shí)，555的②腳觸發(fā)，而使③復(fù)位，輸出高電平，如此周而復(fù)始，在555的②、⑥腳便可得到線性度很高的三角波，而在③腳便可得到占空比為50%的方波。</p><p>　　該電路的頻率為0~20

17、0kHz及以上的范圍，且穩(wěn)定度很高。電路的頻率通過(guò)計(jì)算求得：</p><p>　　f≈0.1375/(R1+R2)C2</p><p>　　按電路中所給的R1、R2的值，f≈208KHz。電路圖中VT5為高ß輸出緩沖級(jí)，三角波從VT5的射極取出，幅度約為4V。</p><p>　　同時(shí)，本電路可以變通應(yīng)用：改變R1或R2的大小，可以改變?nèi)遣ㄉ仙蛳陆禃r(shí)間

18、，相應(yīng)改變方波的占空比，或者控制555的⑤腳電壓，即可改變③腳方波的頻率（線性變化）。</p><p>　　3.3三角波—方波發(fā)生器方案三</p><p>　　3.3.1由集成運(yùn)放構(gòu)成的三角波—方波發(fā)生器原理圖</p><p>　　3.3.2 由集成運(yùn)放構(gòu)成的三角波—方波發(fā)生器輸出波形</p><p>　　3.3.3由集成運(yùn)放構(gòu)成的三角波—方

19、波發(fā)生器的原理</p><p>　　在圖3-7所示的電路中，第一級(jí)A1組成遲滯電壓比較器，輸出電壓uo1為對(duì)稱的方波信號(hào)。第二級(jí)A2組成積分器，輸出電壓u。為三角波信號(hào)。</p><p>　　設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為Uz，則電壓比較器輸出的高電平為+Uz，低電平為－Uz，由圖3-7可得，A1同相端的電壓為</p><p>　　由于此電壓比較器的u=0，令u＋＝0，則可求得

20、電壓比較器翻轉(zhuǎn)時(shí)的上、下門(mén)限電位分別為</p><p><b>　　門(mén)限寬度為 </b></p><p>　　比較器輸出±Uz經(jīng)電位器RP分壓后，加到積分器的反相輸人端。設(shè)分壓系數(shù)為n，則積分器輸入電壓為±nUz，反相積分器的輸出電壓為</p><p><b>　　當(dāng)t=0時(shí)，有</b></

21、p><p><b>　　當(dāng)t=t1時(shí)，有</b></p><p>　　所以方波和三角波的周期為</p><p>　　方波和三角波的頻率為</p><p>　　由以分析可知，改變Uz可改變輸由電壓u01,U0的幅度改變R1/R2的比值，可改方波、三角波的周期或頻率，同時(shí)影響三角波輸出電壓的幅度，但不影響方波輸出電壓的幅度；改變

22、而和R．C，可改變頻率，而不影響輸出電壓的幅度。</p><p>　　第四章 硬件電路安裝調(diào)試</p><p>　　4.1 面包板的使用方法及注意事項(xiàng)</p><p>　　1.安裝分立元件時(shí)，應(yīng)便于看到其極性和標(biāo)志，將元件引腳理直后，在需要的地方折彎。為了防止裸露的引線短路，必須使用帶套管的導(dǎo)線，一般不剪斷元件引腳，以便于重復(fù)使用。一般不要插入引腳直徑〉0.8

23、mm的元器件，以免破壞插座內(nèi)部接觸片的彈性。 2.對(duì)多次使用過(guò)的集成電路的引腳，必須修理整齊，引腳不能彎曲，所有的引腳應(yīng)稍向外偏，這樣能使引角與插孔可靠接觸。要根據(jù)電路圖確定元器件在面包板上的排列方式，目的是走線方便。為了能夠正確布線并便于查線，所有集成電路的插入方向要保持一致，不能為了臨時(shí)走線方便或縮短導(dǎo)線長(zhǎng)度而把集成電路倒插。 3.根據(jù)信號(hào)流程的順序，采用邊安裝邊調(diào)試的方法。元器件安裝之后，先連接電源線和地線

24、。為了查線方便，連線盡量采用不同顏色。例如：正電源一般采用紅色絕緣皮導(dǎo)線，負(fù)電源用藍(lán)色，地線用黑線，信號(hào)線用黃色，也可根據(jù)條件選用其它顏色。 4.面包板宜使用直徑為0.6mm左右的單股導(dǎo)線。根據(jù)導(dǎo)線的距離以及插孔的長(zhǎng)度剪斷導(dǎo)線，要求線頭剪成45º斜口，線頭剝離長(zhǎng)度約為6mm左右，要求全部插入底板以保證接觸良好。裸線不宜露在外面，防止與其它導(dǎo)線斷路。 </p><p>　　4.2 硬件電

25、路安裝</p><p>　　4.2.1 滯回電壓比較器直流傳遞特性的測(cè)定</p><p>　　“方波——三角波發(fā)生器”實(shí)驗(yàn)包括滯回電壓比較器直流傳遞特性的測(cè)定及方波——三角波發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　按圖4-1接線，R1=10kΩ、R2=20kΩ、R3=3.3kΩ、UZ≈6V、U+= +15V，U-= -15V，最后在面包板上形成這樣的電路(電路連線鏡頭

26、)。給比較器加一適當(dāng)頻率和幅值的正弦電壓，用示波器觀察并記錄傳遞特性和輸出波形，并測(cè)定閾值電壓。</p><p>　　圖4-1 滯回電壓比較器 </p><p>　　4.2.2 方波——三角波發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　按圖4-2接線（電路圖特寫(xiě)），用示波器觀察uo1和 uo2的波形（教桿指向波形），其中uo1為方波，uo2為三角波。最后要求測(cè)出其幅值

27、和頻率。</p><p>　　圖4-2 方波——三角波發(fā)生器</p><p><b>　　4.3 電路的調(diào)試</b></p><p>　　由于電壓比較器與積分器組成正反饋閉環(huán)電路，同時(shí)輸出方波與三角波，故這兩個(gè)單元電路可以同時(shí)安裝。如果電路接線正確，則在接通電源后，比較器的輸出VO1為方波，積分器的輸出VO2為三角波。</p>

28、<p>　　元器件的選擇是高性能放大的保證，在實(shí)際連線與焊接過(guò)程中，運(yùn)放的參數(shù)必須盡可能相同，同時(shí)為了提高共模抑制比和精確增益調(diào)控，運(yùn)放輸入端電阻必須精確匹配。</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望</p><p>　　通過(guò)這次對(duì)波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于波形發(fā)生器的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真，仿真成功后才實(shí)際接線的

29、。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)?，在?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無(wú)法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樵骷旧淼奶匦远軌虺晒?。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)雖然短暫但是讓我得到多方面的提高，首先，提高了我們的邏輯思維能力，使我們?cè)谶壿嬰娐返姆治雠c設(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步。加深了我們對(duì)組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路的認(rèn)識(shí)。另外，

30、我們還更加充分的認(rèn)識(shí)到，模擬電路這門(mén)課程在科學(xué)發(fā)展中的至關(guān)重要性。其次，查閱參考書(shū)的獨(dú)立思考的能力以及培養(yǎng)非常重要，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，遇到很多不理解的東西，有的我們通過(guò)查閱參考書(shū)弄明白，有的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查到，但由于時(shí)間和資料有限我們更多的還是獨(dú)立思考。最后，相互討論共同研究也是很重要的，經(jīng)常出現(xiàn)一些問(wèn)題，開(kāi)始并不理解方波三角波發(fā)生器的原理，但是和同學(xué)討論后，理解了方波三角波發(fā)生器的基本原理，很快的根據(jù)電路原理圖連接好電路板。</p&g

31、t;<p>　　在這次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，讓我了解了要多思考、多比較和多嘗試把所學(xué)的書(shū)本知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際，培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力。所以說(shuō)，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解。在收獲知識(shí)的同時(shí)，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過(guò)程中，我們通過(guò)查找大量資料，請(qǐng)教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實(shí)驗(yàn)課上，我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是

32、日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 謝自美《電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測(cè)試（第三版）》武漢：華中科技大學(xué)出版社。2000年7月 </p><p>　　[2] 楊幫文《新型集成器件家用電路》北京：電子工業(yè)出版社，2002.8 &

33、lt;/p><p>　　[3] 李炎清《畢業(yè)論文寫(xiě)作與范例》廈門(mén)：廈門(mén)大學(xué)出版社。2006.10 </p><p>　　[4] 潭博學(xué)、苗江靜《集成電路原理及應(yīng)用》北京：電子工業(yè)出版社。2003.9 </p><p>　　[5]陳梓城《家用電子電路設(shè)計(jì)與調(diào)試》北京：中國(guó)電力出版社。2006</p><p><b>　　致謝</b&

34、gt;</p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)中， 首先，我要感謝我的老師在課程設(shè)計(jì)上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報(bào)告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題，讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)，而且也開(kāi)闊了視野，提高了自己的設(shè)計(jì)能力。</p><p>　　其次，我要感謝幫助過(guò)我的同學(xué)，他們也為我解決了不少我不太明白的設(shè)計(jì)商的難