電路cad課程設計-----波形發(fā)生器設計

1、<p>　　電路CAD課程設計報告</p><p>　　設計題目： 波 形 發(fā) 生 器 </p><p>　　專業(yè)班級： 電信0703班 </p><p>　　學 號： </p><p>　　題目 波形發(fā)生器</p><p><b>　　一、設計任務與

2、要求</b></p><p><b>　　1.設計要求：</b></p><p>　　使用集成運放設計一個波形發(fā)生器，產(chǎn)生一個頻率為fo = 5 kHz的方波，其電壓幅度為+Vs = |－Vs| = 14V。同時產(chǎn)生一個頻率為fo = 5kHz的三角波，其幅度為+Vt = |－Vt| = 5V。波形發(fā)生器方框圖見圖（圖1）。</p><

3、p><b>　　2.設計任務：</b></p><p>　?。?）方波發(fā)生器設計；</p><p>　?。?）三角波發(fā)生器設計；</p><p>　?。?）電源電路設計。</p><p><b>　　二、方案設計</b></p><p>　　波形發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生

4、正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電壓或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的波形發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件（如視頻信號函數(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5G8038）。本次波形發(fā)生器設計要求產(chǎn)生方波和三角波，矩形波發(fā)生電路是其它非正弦發(fā)生電路的基礎，當方波電壓加在積分運算電路的輸入端是，輸出就獲得三角波電壓。而矩形波電壓只有兩種狀態(tài)，不是高電平，就是低電平，所以電壓比較

5、器是它的重要組成部分；因為產(chǎn)生振蕩，就要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互轉換，所以電路中必須引入反饋；因為輸出狀態(tài)應按一定的時間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時間。</p><p>　　系統(tǒng)原理框圖如下示：</p><p><b>　　模擬電路實現(xiàn)方案</b></p><p>　　用正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信

6、號，然后用過零比較器產(chǎn)生方波，再經(jīng)積分電路產(chǎn)生三角波，電路框圖如上示。此電路結構簡單，且有良好的正弦波和方波信號。但經(jīng)過積分電路產(chǎn)生同步三角波信號，存在難度。原因是積分器電路的積分時間常數(shù)是不變的，且隨著方波信號頻率的改變，積分電路輸出的三角波的幅度同時改變。若要同時保持三角波的輸出幅度不變，須同時改變積分時間常數(shù)的大小。</p><p>　　系統(tǒng)原理框圖如下示：</p><p>　　若用

7、運放完成，則選定用比較器，比較器器有好多種，比如單限比較器，滯回比較器，窗口比較器等等。雖然單限比較器很靈敏，但是抗干擾能力差。滯回比較器具有滯回特性，即具有慣性，因而也就是具有一定的抗干擾能力。從而選擇滯回比較器。</p><p>　　由于本次波形發(fā)生器設計要求產(chǎn)生方波和三角波，矩形波發(fā)生電路是其它非正弦發(fā)生電路的基礎，當方波電壓加在積分運算電路的輸入端是，輸出就獲得三角波電壓。而矩形波電壓只有兩種狀態(tài)，不是高

8、電平，就是低電平，所以電壓比較器是它的重要組成部分；因為產(chǎn)生振蕩，就要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互轉換，所以電路中必須引入反饋；因為輸出狀態(tài)應按一定的時間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時間。</p><p><b>　　三、單元電路設計</b></p><p>　　1．矩形波發(fā)生器電路</p><p>

9、　　矩形波發(fā)生電路是其它非正弦發(fā)生電路的基礎，當方波電壓加在積分運算電路的輸入端是，輸出就獲得三角波電壓。而矩形波電壓只有兩種狀態(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；因為產(chǎn)生振蕩，就要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互轉換，所以電路中必須引入反饋；因為輸出狀態(tài)應按一定的時間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時間。</p><p>　　下圖（圖4）是矩形發(fā)生器

10、電路，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，通過RC充，放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉換。</p><p><b>　　矩形發(fā)生電路</b></p><p>　　原理：將輸出電壓U0經(jīng)過RC積分電路，利用電容的充放電電壓取代外加輸入信號送入比較器反相端，與同相端上的門限電壓相比較，使比較器的輸出不斷發(fā)生轉化，從而形成高低電平周期性交

11、替的矩形振蕩波形。接通電源的瞬間，電容C的初始電壓為0，電路輸出電壓U0使高電平或者低電平是隨機的，假設輸出電壓為高電平U0=+UZ，則運放的同相輸入端電位是U+=UT+.</p><p>　　(1)u0通過R對電容C正向充電，使UC增加，當UC上升到略大于UT+，比較器輸出電壓發(fā)生反轉，U0由+UZ變?yōu)?UZ，同相端的電位U+由UT+變?yōu)閁T-。</p><p>　　(2)UC通過T對電

12、容反向放電，使UC減小，當UC減小到略小于UT-，比較器輸出電壓發(fā)生反轉，U0由-UZ變?yōu)?UZ，同相端的電位U+由UT-變?yōu)閁T+。</p><p>　　2．三角形波發(fā)生器電路</p><p>　　在方波發(fā)生電路中，當滯回比較器的閾值電壓數(shù)值比較小時，可將電容兩端的電壓看成為近似三角波。但是，一方面這個三角波的線性度較差，另一方面帶負載后將使電路的性能產(chǎn)生變化。實際上，只要將方波電壓作為

13、積分運算電路的輸入，在積分運算的輸出就得到三角波電壓。如圖（6）所示。</p><p><b>　　三角波產(chǎn)生電路</b></p><p><b>　　3．電源電路</b></p><p>　　本設計還要求有電源電路。 穩(wěn)壓電源的設計，是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、輸出電流Io、輸出紋波電壓ΔUop-p等性能指標要求，正確

14、地確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。圖（7）為穩(wěn)壓電源.</p><p>　　輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電源</p><p><b>　　四、單元電路計算</b></p><p><b>　　1.頻率計算公式：</b></p><p>　　由于R3

15、是可調(diào)電阻，可調(diào)范圍為0~100K，所以頻率f的可調(diào)范圍為500~50M。當可調(diào)電阻R3為10K時，達到本次設計要求的5KHz。</p><p>　　在本次設計中，為了滿足負載的需要，在集成運放的輸出端加穩(wěn)壓管限幅電路，從而獲得合適的Ut 。為了產(chǎn)生幅度相同的矩形波，兩個穩(wěn)壓管的特性必須相同，如圖（6）。</p><p>　　本次設計采用兩穩(wěn)壓管反向串接，其中穩(wěn)壓電壓為14V，正向導通電壓

16、為0.9717V。所以Uz的值為14.9717V。</p><p>　　2.幅度的計算公式：</p><p>　　±Ut=±R1Uz/R2</p><p>　　Ut=±14.9717V。</p><p>　　如果電路圖僅此而已，如下圖（8）所示，則幅度改變的話，頻率就跟著改變。如何使調(diào)頻率和調(diào)幅度不相互影響？&l

17、t;/p><p>　　幅度改變頻率就跟著改變的信號發(fā)生器</p><p>　　對應圖（8）的信號發(fā)生器輸出波形</p><p>　　可以在輸出端Ut處加一跟隨器，這樣調(diào)頻和調(diào)幅可互不影響。如下圖圖（10）所示：</p><p>　　調(diào)頻和調(diào)幅可互不影響的信號發(fā)生器</p><p>　　對應圖（10）的調(diào)頻和調(diào)幅可互不影響的

18、信號發(fā)生器輸出波形</p><p>　　這樣調(diào)頻率則調(diào)R3，調(diào)方波幅度則調(diào)R6，調(diào)三角波幅度則調(diào)R7，所以方波輸出幅度的范圍為0V~14.9717V，當電阻R6為20K*6%=1.2K時，達到本次設計的要求14V。三角波輸出幅度范圍為0V~14.9717V，當電阻R7為20K*66%=13.4K時，達到本次設計的要求5V。</p><p>　　五、總原理圖及元器件清單</p>

19、<p><b>　　1．總原理圖</b></p><p>　　（1）用EWB仿真設計</p><p>　　a．用EWB繪制的電路圖：</p><p>　　EWB繪制波形發(fā)生器</p><p>　　b．用EWB仿真的波形圖</p><p>　　EWB繪制波形發(fā)生器仿真結果</p&g

20、t;<p>　　此時即為設計要求的值。</p><p>　?。?）用Protel模擬電路</p><p>　　a.用Protel繪制的原理圖</p><p>　　用Protel繪制的原理圖</p><p>　　用Protel繪制的原理圖局部截圖</p><p>　　b.用Protel繪制的原理圖ERC檢查

21、</p><p>　　用Protel繪制的原理圖ERC檢查</p><p>　　c.用Protel繪制的原理圖生成網(wǎng)絡表</p><p>　　用Protel繪制的原理圖生成網(wǎng)絡表（一）</p><p>　　用Protel繪制的原理圖生成網(wǎng)絡表（二）</p><p>　　用Protel繪制的原理圖生成網(wǎng)絡表（三）<

22、/p><p>　　用Protel繪制的原理圖生成網(wǎng)絡表（四）</p><p>　　用Protel繪制的原理圖生成網(wǎng)絡表（五）</p><p>　　用Protel繪制的原理圖生成網(wǎng)絡表（六）</p><p>　　用Protel繪制的原理圖生成網(wǎng)絡表（七）</p><p>　　d.用Protel繪制的PCB板：</p&g

23、t;<p>　　用Protel繪制的原理圖生成PCB板</p><p>　　用Protel繪制的原理圖封裝PCB板</p><p>　?。?）元件清單及封裝（表一）</p><p>　　表1 波形發(fā)生器電路原理圖中的元件清單</p><p><b>　　六、結論與心得</b></p>&