模電課程設(shè)計(jì)報(bào)告--波形發(fā)生電路

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　課程名稱___模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)____</p><p>　　題目名稱__ 波形發(fā)生電路 _________</p><p>　　學(xué)生學(xué)院___物理與光電工程學(xué)院____</p><p>　　專業(yè)班級(jí)__ 電子科學(xué)與技術(shù)2班________<

2、;/p><p>　　2013 年 12 月 16 日</p><p>　　一.設(shè)計(jì)題目：波形發(fā)生電路</p><p><b>　　摘要及關(guān)鍵詞</b></p><p>　　【摘要】：用RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，正弦波頻率可通過(guò)電阻R及電容C實(shí)現(xiàn)10^2HZ~10^4HZ的變換，再通過(guò)電壓跟隨器輸出正弦波，

3、電壓跟隨器起到保護(hù)前級(jí)不受后級(jí)的影響。正弦波再通過(guò)過(guò)零比較器 ，整形為方波， 方波經(jīng)過(guò)積分運(yùn)算電路，整形為三角波，同樣經(jīng)過(guò)電壓跟隨器輸出三角波，方波、三角波的頻率與正弦波頻率相同。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】：RC橋式振蕩、電壓跟隨器、過(guò)零比較器、積分運(yùn)算電路</p><p>　　二．設(shè)計(jì)任務(wù)及技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　要求：設(shè)計(jì)并制作用分立元件和集成運(yùn)算放

4、大器組成的能產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的波形發(fā)生器。</p><p>　　基本指標(biāo)： 輸出頻率分別為：102HZ、103HZ和104Hz；輸出電壓峰峰值VPP≥20V</p><p>　　發(fā)揮部分：方波占空比可調(diào)。</p><p><b>　　原理電路及程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　（1）方案的提

5、出</b></p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　①先由文氏橋振蕩產(chǎn)生一個(gè)正弦波信號(hào)（右圖）</p><p>　?、诎盐氖蠘虍a(chǎn)生的正弦波通過(guò)一個(gè)過(guò)零比較器</p><p>　　從而把正弦波轉(zhuǎn)換成方波。</p><p>　?、郯逊讲ㄐ盘?hào)通過(guò)一個(gè)積分器。轉(zhuǎn)換成三

6、角波。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　由比較器和積分器構(gòu)成方波三角波產(chǎn)生電路。（下圖）</p><p>　　然后通過(guò)低通濾波把三角波轉(zhuǎn)換成正弦波信號(hào)。</p><p><b>　　方案三：</b></p><p>　　由比較器和積分器構(gòu)成方

7、波三角波產(chǎn)生電路。（電路圖與方案二相同）</p><p>　　用折線法把三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。(下圖)</p><p>　?。?）方案的比較與確定</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　文氏橋的振蕩原理：正反饋RC網(wǎng)絡(luò)與反饋支路構(gòu)成橋式反饋電路。當(dāng)f=f0時(shí)，F(xiàn)=1/3、Au=3。然而，起振條件

8、為Au略大于3。實(shí)際操作時(shí)，如果要滿足振蕩條件，起振很慢。如果Rf/R1大于2時(shí)，正弦波信號(hào)頂部失真。調(diào)試?yán)щy。RC串、并聯(lián)選頻電路的幅頻特性不對(duì)稱，且選擇性較差。因此放棄方案一。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　把滯回比較器和積分比較器首尾相接形成正反饋閉環(huán)系統(tǒng)，就構(gòu)成三角波發(fā)生器和方波發(fā)生器。比較器輸出的方波經(jīng)積分可得到三角波、三

9、角波又觸發(fā)比較器自動(dòng)翻轉(zhuǎn)形成方波，這樣即可構(gòu)成三角波和方波發(fā)生器。</p><p>　　通過(guò)低通濾波把三角波轉(zhuǎn)換成正弦波是在三角波電壓為固定頻率或頻率變化范圍很小的情況下使用。然而，指標(biāo)要求輸出頻率分別為102HZ、103HZ和104Hz 。因此不滿足使用低通濾波的條件。放棄方案二。</p><p><b>　　方案三：</b></p><p>

10、;　　方波三角波發(fā)生器原理如同方案二。</p><p>　　比較三角波和正弦波的波形可以發(fā)現(xiàn)，在正弦波從零逐漸增大到峰值的過(guò)程中，與三角波的差別越來(lái)越大;即零附近的差別最小,峰值附近差別最大。因此，根據(jù)正弦波與三角波的差別，將三角波分成若干段，按不同的比例衰減，就可以得到近似與正弦波的折線化波形。而且折線法不受頻率范圍的限制，便于集成化。</p><p>　　綜合以上三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終

11、選擇方案三來(lái)完成本次課程設(shè)計(jì)。</p><p><b>　?。?）整體電路</b></p><p><b>　　1.電路流程框圖：</b></p><p>　　2.實(shí)際仿真電路圖：</p><p><b>　　3.元器件清單</b></p><p>&l

12、t;b>　?。?）單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　此單元電路構(gòu)成方波、三角波發(fā)生電路，是由滯回比較器與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)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。電路左邊為同相輸入滯回比較器，右邊為積分運(yùn)算電路。假設(shè)滯回比較器輸出電壓Uo1=+Uz或-Uz，它的輸入電壓是積分電路的輸出電壓Uo,根據(jù)疊加原理。集成運(yùn)放同向輸入端電位Up1為(1式子)，并

13、可求得閾值電壓為(2式子),因此滯回比較器的電壓傳輸特性圖如下。</p><p>　　積分電路的輸入電壓是滯回比較器的輸出電壓Uo1，而且Uo1不是+Uz就是-Uz，所以輸出電壓的表達(dá)式為（3式子），設(shè)初態(tài)時(shí)Uo1正好從-Uz躍變?yōu)?Uz，則3式為（4式子），積分電路反向積分，Uo隨時(shí)間的增長(zhǎng)線性下降，根據(jù)電壓傳輸特性，一旦Uo=-Ut,再稍減小，Uo1將從+Uz躍變?yōu)?Uz，使3式變?yōu)?式子，Uo(t1)為Uo

14、1產(chǎn)生躍變時(shí)的輸出電壓。積分電路正向積分，Uo線性增大，一旦Uo=+Ut，再稍增大，Uo1將從-Uz躍變?yōu)?Uz，回到初態(tài)，積分電路開(kāi)始反向積分，電路重復(fù)上述過(guò)程，因此產(chǎn)生自激震蕩。</p><p>　　有上述分析可知，Uo為三角波，幅值為+Ut或-Ut；Uo1為方波，幅值為+Uz或-Uz。由于積分電路引入深度負(fù)反饋電壓，所以在負(fù)載電阻變化范圍內(nèi)，三角波電壓幾乎不變。</p><p>　　

15、此單元電路為三角波轉(zhuǎn)為正弦波電路。運(yùn)算放大器構(gòu)成三角波轉(zhuǎn)換正弦波的三段折線法。當(dāng)三角波幅值為0-0.28V時(shí)，反饋電阻為R15=27K。當(dāng)三角波幅值增大到0.28到0.84V之間時(shí)。反饋電阻為R15//R16=11K。當(dāng)三角波幅值大于0.84V時(shí)，反饋電阻為R15//R16//R17=80Ω。因此，通過(guò)電容C2的隔直與電位器R12的分壓，選擇幅值約為30左右的三角波輸入運(yùn)算放大器，再由三段折線法轉(zhuǎn)換成近似與正弦波的折線化波形。（由計(jì)算機(jī)

16、計(jì)算分析表明，三段折線法的折線化波形與正弦波相似95%）。由仿真軟件得輸出正弦波幅值約為3.364V。</p><p>　　最后，再將其輸出電壓經(jīng)過(guò)一次反相比例運(yùn)算放大。由折線法轉(zhuǎn)換得來(lái)的正弦波 經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器的反相放大得到峰值為30V左右的正弦波。</p><p><b>　　（5）電路仿真圖</b></p><p><b&g

17、t;　　(6）元件選擇：</b></p><p>　　①選擇集成運(yùn)算放大器</p><p>　　由于方波前后沿與用作開(kāi)關(guān)的器件U1A的轉(zhuǎn)換速率SR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)算放大器應(yīng)選用高速運(yùn)算放大器。</p><p>　　對(duì)產(chǎn)生三角波的集成運(yùn)算放大器的選擇：積分運(yùn)算電路的積分誤差除了與積分電容的質(zhì) 量有關(guān)外，主要事集成放大器參數(shù)非理

18、想所致。因此為了減小積分誤差，應(yīng)選用輸入失調(diào)參數(shù)（VI0、Ii0、△Vi0/△T、△Ii0/△T）小，開(kāi)環(huán)增益高、輸入電阻高，開(kāi)環(huán)帶較寬的運(yùn)算放大器。</p><p>　　反相比例運(yùn)算放大器要求放大不失真。因此選擇信噪比低，轉(zhuǎn)換速率SR高的運(yùn)算放大器。</p><p>　　經(jīng)過(guò)芯片資料的查詢，TL082雙運(yùn)算放大轉(zhuǎn)換速率SR=14V/us。符合方波產(chǎn)生電 路。</p>

19、<p><b>　?、谶x擇穩(wěn)壓二極管</b></p><p>　　穩(wěn)壓二極管Dz的作用是限制和確定方波的幅度，因此要根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的方波幅度來(lái)選穩(wěn)壓管電壓Dz。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)壓管</p><p>　?、垭娮铻?/4W的金屬薄膜電阻。</p><p>　?、茈娙轂槠胀ù善娙菖c電解電容。</p

20、><p>　?、蓍_(kāi)關(guān)為單刀單擲開(kāi)關(guān)。</p><p>　　四.電路和程序調(diào)試過(guò)程與結(jié)果</p><p><b>　?。?）波形頻率：</b></p><p>　　通過(guò)精確電位器R5、R6、R7使得三種波形頻率連續(xù)可調(diào)。因此頻率100、1000、10000Hz都正確無(wú)誤。通過(guò)實(shí)際電路測(cè)試，波形在50-24000Hz頻率范圍內(nèi)不

21、失真。</p><p><b>　　(2)波形峰峰值：</b></p><p><b>　　誤差分析</b></p><p>　　a.電阻的誤差為5%，這是造成誤差主要原因。</p><p>　　b.仿真所加電壓18V,實(shí)測(cè)時(shí)芯片所加電壓為16V。</p><p>　　c.示