模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--設(shè)計(jì)一個(gè)正弦波-方波-三角波發(fā)生電路

1、<p><b>　　模擬電子技術(shù)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　課設(shè)名稱 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) </p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)正弦波-方波-三角波發(fā)生電路 </p><p>　?。?）正弦波-方波-三角波的頻

2、率在100HZ~20KHZ范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；</p><p>　?。?）正弦波-方波的輸出信號(hào)幅值為6V。三角波輸出信號(hào)幅值為0~2V連續(xù)可調(diào)</p><p>　?。?）正弦波失真度 ≦5%</p><p><b>　　一 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　（1）掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法</p>&

3、lt;p>　?。?）掌握模擬IC器件的應(yīng)用</p><p>　　（3）會(huì)運(yùn)用EDA工具對(duì)所作出的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬仿真測(cè)試，進(jìn)一步完善理論設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）通過(guò)查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，熟悉常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選用元器件的原則</p><p>　?。?）掌握模擬電路的安裝\測(cè)量與調(diào)試的基本技能,熟悉電子儀器的正確使用方法，能力分析實(shí)驗(yàn)中出

4、現(xiàn)的正常或不正?，F(xiàn)象(或數(shù)據(jù))獨(dú)立解決調(diào)試中所發(fā)生的問題</p><p>　?。?）學(xué)會(huì)撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　（7）培養(yǎng)實(shí)事求是，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和嚴(yán)肅的工作作風(fēng)</p><p>　?。?）培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐的能力</p><p>　　（9）完成一個(gè)實(shí)際的電子產(chǎn)品；進(jìn)一步提高分析問題、解決問題的能力</p>

5、;<p><b>　　二 設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　（*）用分立元件設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　1.1 原理框圖</b></p><p><b>　　電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)：</b></p><p><b>　　一，正弦波發(fā)生器：</

6、b></p><p>　?。ㄒ唬⒏鶕?jù)已知條件和設(shè)計(jì)要求，計(jì)算和確定元件參數(shù)。并在實(shí)驗(yàn)電路板上搭接電路，檢查無(wú)誤后接通電源，進(jìn)行調(diào)試。</p><p>　?。ǘ?、調(diào)節(jié)反饋電阻R4，使電路起振且波形失真最小，并觀察電阻R4的變化對(duì)輸出波形Vo的影響。</p><p>　?。ㄈy(cè)量和調(diào)節(jié)參數(shù)，改變振蕩頻率，直至滿足設(shè)計(jì)要求為止。</p><

7、;p>　　測(cè)量頻率的方法很多。如直接測(cè)量法（頻率計(jì)，TDS系列數(shù)字示波器均可）；測(cè)周期計(jì)算頻率法，以及應(yīng)用李沙育圖形法等等。測(cè)量時(shí)要求觀測(cè)并記錄運(yùn)放反相、同相端電壓VN、VP和輸出電壓Vo波形的幅值與相位關(guān)系，測(cè)出f0,算出Avf與Fv</p><p>　　二，方波——三角波發(fā)生器：</p><p>　?。?）、根據(jù)已知條件和設(shè)計(jì)要求，計(jì)算和確定元件參數(shù)。并在實(shí)驗(yàn)電路板上搭接電路，檢

8、查無(wú)誤后接通電源，進(jìn)行調(diào)試。</p><p>　?。?）、先后用雙蹤示波器同時(shí)觀察簡(jiǎn)單的方波—三角波產(chǎn)生電路輸出電壓Vc、Vo的波形，及常見的方波—三角波產(chǎn)生電路輸出電壓Vo1、Vo2的波形，分別記錄其幅值、周期以及他們相互之間的相位關(guān)系。</p><p>　?。?）、調(diào)節(jié)積分電阻R（或改變積分電容C），使振蕩頻率滿足設(shè)計(jì)要求，調(diào)節(jié)R1/R2的比值，使三角波的幅值滿足設(shè)計(jì)要求。</p

9、><p><b>　　電路功能框圖：</b></p><p><b>　　一，正弦波發(fā)生器：</b></p><p>　　二，方波——三角波發(fā)生器：</p><p>　　(3)元器件與參數(shù)設(shè)計(jì)： </p><p><b>　?。ㄒ唬?，正弦波：</b><

10、/p><p>　?。ˋ）參數(shù)的確定及元件的選取</p><p><b>　　A、確定R、C的值</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)所需求的振蕩頻率fo，由式子RC=1/(2πfo)先確定RC之積。</p><p>　　B、選擇集成運(yùn)算放大器</p><p>　　振蕩電路中使用的集成運(yùn)算放大器除要求輸

11、入電阻高、輸出電阻低外，最主要的是運(yùn)算放增益-寬帶積應(yīng)大器的滿足G?BW>3fo</p><p><b>　　C、選擇阻容元件</b></p><p>　　選擇阻容元件時(shí)，應(yīng)注意選擇穩(wěn)定性較好的電阻和電容，否則將影響頻率的穩(wěn)定性。此外，還應(yīng)對(duì)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的元件進(jìn)行選配，使電路中的電阻電容分別相等。</p><p><b>　　

12、（B）、數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　根據(jù)電路圖設(shè)計(jì)模塊選取元件參數(shù)分別為：Ra=10kΩ、Rb=R4+R3、R1=10kΩ、R2=10kΩ、R3=10kΩ、R4為可調(diào)電阻；C1=0.01uF、C2=0.01uF。</p><p>　?。ǘ┓讲ā遣ǎ?lt;/p><p>　?。ˋ）參數(shù)的確定與元件的選取</p><p>

13、;　　A、選擇集成運(yùn)算放大器</p><p>　　由于方波的前后沿與用作開關(guān)器件的A的轉(zhuǎn)換速率S有關(guān)，因此當(dāng)輸出方波的重復(fù)頻率較高時(shí)。集成運(yùn)算放大器A應(yīng)選用高速運(yùn)算放大器，一般要求選用通用型運(yùn)放即可。</p><p>　　B、選擇穩(wěn)壓二極管D</p><p>　　穩(wěn)壓二極管D的作用是限制和確定方波的幅度。因此要根據(jù)設(shè)計(jì)的要求方波幅度來(lái)進(jìn)行選擇穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓V。此外

14、，方波幅度和寬度的對(duì)稱性也與穩(wěn)壓管的對(duì)稱性有關(guān)，為了得到對(duì)稱的方波輸出，通常應(yīng)選用高精度的雙向穩(wěn)壓二極管（如2DW7型）。R為穩(wěn)壓管的限流電阻，其值由所選用的穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流決定。</p><p>　　C，確定正反饋回路電阻R與R</p><p>　　如上面電路圖中所示。R與R的比值均決定了運(yùn)算放大器A或A的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)電平，也就是決定了三角波的輸出幅度。因此根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的三角波輸出幅度，由

15、以上可以確定R與R的阻值。</p><p>　　D,確定積分時(shí)間常數(shù)RC</p><p>　　積分元件R、C的參數(shù)值應(yīng)根據(jù)方波和三角波所要求的重復(fù)頻率來(lái)確定。當(dāng)正反饋回路電阻R、R的阻值確定后，再選取電容C值，求得R。</p><p><b>　?。˙）數(shù)據(jù)的處理</b></p><p>　　簡(jiǎn)單的方波—三角波產(chǎn)生電路根

16、據(jù)電路圖設(shè)計(jì)模塊選取元件參數(shù)分別為R1=10KΩ、R2=20KΩ、R3=1KΩ、R為可調(diào)電阻、Dz為Vz=6V的穩(wěn)壓管。</p><p>　　（3）電路圖與器材清單表</p><p>　　正弦波發(fā)生器的主要元器件：</p><p>　　集成運(yùn)算放大器 1片</p><p>　　1/4W金屬膜電阻 10kΩ、20kΩ若干&l

17、t;/p><p>　　可調(diào)電阻 1kΩ一只</p><p>　　瓷片電容 2只</p><p>　　二極管 2只</p><p>　　方波——三角波發(fā)生器的主要元器件：</p><p>　　集成運(yùn)算放大器    

18、60;1—2片</p><p>　　1/4W金屬膜電阻     10kΩ、20kΩ若干</p><p>　　可調(diào)電阻        1kΩ  1只</p><p>　　瓷片電容      1

19、只</p><p>　　穩(wěn)壓二極管      2只</p><p>　　(*)也可以用函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　函數(shù)發(fā)生器的總方案</b></p><p>　　函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。

20、根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號(hào)函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過(guò)整形電路將正弦波

21、變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波—方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?。本課題采用先產(chǎn)生方波—三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法，</p><p>　　本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示：</p><p>　　由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來(lái)完成。

22、差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。</p><p><b>　　三 實(shí)驗(yàn)所用電路</b></p><p><b>　　調(diào)節(jié)方波脈沖寬度</b></p><p>

23、<b>　　調(diào)節(jié)正弦波失真程度</b></p><p><b>　　調(diào)節(jié)方波電壓大小</b></p><p>　　調(diào)節(jié)反饋電路的放大倍數(shù)</p><p><b>　　四 實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　1.正弦波-方波-三角波的頻率在28.6HZ~28.6KHZ范圍內(nèi)連續(xù)

24、可調(diào)；對(duì)應(yīng)的28.6HZ時(shí),對(duì)應(yīng)的電容大小為1uf；對(duì)應(yīng)的28.6KHZ時(shí),對(duì)應(yīng)的電容大小為0.01uf</p><p>　　2.方波的輸出幅值為6V；正弦波的一級(jí)輸出幅值為2.8V,二級(jí)輸出幅值為3.6V；三角波峰值在0~4V內(nèi)連續(xù)可調(diào) </p><p><b>　　3.正弦波失真度</b></p><p><b>　　一 討論&l

25、t;/b></p><p>　　1.實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的問題</p><p>　　(1) 我們由一級(jí)電路得到的方波峰峰值達(dá)到24V左右,后通過(guò)分壓電路得到所需要的方波電壓峰值為6V</p><p>　　(2) 正弦波也可以通過(guò)負(fù)反饋電路適當(dāng)放大</p><p><b>　　用555計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)</b></p>

26、<p>　　（1）電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)：（介紹電路的設(shè)計(jì)思路與系統(tǒng)分類）</p><p>　　函數(shù)發(fā)生器主要由555芯片、LM358N兩大主要模塊電路構(gòu)成。</p><p>　　利用555電路完成相應(yīng)的三種波形的轉(zhuǎn)換，具有一定頻率的方波轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的正弦和三角波。由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來(lái)完成。

27、差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。</p><p>　　（2）電路功能框圖：（電路功能各部分組成。）</p><p>　?。?）元器件與參數(shù)設(shè)計(jì)：（元器件的選擇、主要元器件的性能介紹、元器件參數(shù)設(shè)計(jì)。）</p>&

28、lt;p>　　a.LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。</p><p>　　b.555定時(shí)器的各個(gè)引腳功能如下：</p><p>　　1腳：外接電源負(fù)端VSS或

29、接地，一般情況下接地。</p><p><b>　　2腳：低觸發(fā)端</b></p><p><b>　　3腳：輸出端Vo</b></p><p>　　4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。</p><p>　　

30、5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾。</p><p>　　6腳：TH高觸發(fā)端。</p><p>　　7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。</p><p>　　8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5 ~ 16V，CMOS型

31、時(shí)基電路VCC的范圍為3 ~ 18V。一般用5V。</p><p>　　在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555時(shí)基電路的功能表如表6—1示。</p><p>　　表6—1 555定時(shí)器的功能表</p><p><b>　　電路圖與器材清單表</b></p><p>　　LM358芯

32、片               1 </p><p>　　電阻  R8=R9 22kΩ    2      

33、;    </p><p>　　R1 1kΩ        1          </p><p>　　R2 62kΩ 

34、60;     1          </p><p>　　R3 100Ω       1     

35、0;   </p><p>　　R4=R5=R6=10k  3 </p><p>　　可調(diào)電阻 A  20k         1      &

36、#160;   </p><p>　　R10 100k       1 </p><p>　　電容     C3=470nF      

37、 1 </p><p>　　C4=C5=10nF     2 </p><p>　　可調(diào)電容 A=B=20nF       2 </p><p>　　直流電源 Vcc=6v &

38、#160;       1 </p><p>　　555電路板               1 </p><p><b>

39、　　接地線 </b></p><p>　　電路仿真：（電路仿真的軟件、電路仿真的效果設(shè)計(jì)、電路仿真圖、實(shí)際效果情況。）</p><p><b>　　總電路圖：</b></p><p>　　正弦波—方波—三角波電路原理圖</p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果：</b></p

40、><p><b>　　總結(jié):</b></p><p>　　利用555電路完成相應(yīng)的三種波形的轉(zhuǎn)換，具有一定頻率的方波轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)的正弦和三角！但對(duì)三角波和正弦波的失真率不能有充分的保證！幅值也不能達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn).后面接一個(gè)負(fù)反饋放大電路,使得三角波幅值可調(diào),通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器R10.</p><p>　　由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比