課程設(shè)計制作一個產(chǎn)生方波-三角波-正弦波函數(shù)轉(zhuǎn)換器

1、<p>　　模擬電路課程設(shè)計報告</p><p>　　設(shè)計課題 ：設(shè)計制作一個產(chǎn)生方波－三角波－正弦波函數(shù)轉(zhuǎn)換器</p><p>　　專業(yè)班級：09電氣技術(shù)教育</p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p>　　學(xué)　　號： 　　　　</p><p>　　

2、指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計時間： 2011年1月 1日 </p><p>　　題目：設(shè)計制作一個產(chǎn)生方波－三角波－正弦波</p><p><b>　　函數(shù)轉(zhuǎn)換器</b></p><p><b>　　一，設(shè)計任務(wù)和要求</b><

3、/p><p>　?、?#160;    輸出波形頻率范圍為0.2KHz~20kHz且連續(xù)可調(diào)；</p><p>　?、?#160;    正弦波幅值為±2V，；</p><p>　?、?#160;    方波幅值為2V；</p><p>　　④&#

4、160;    三角波峰-峰值為2V，占空比可調(diào)；</p><p>　?、?#160;     用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計電路所需的正負(fù)直流電源（±12V）。</p><p><b>　　二、方案設(shè)計與論證</b></p><p>　　本設(shè)計要求產(chǎn)生三種不

5、同的波形分別為正弦波 \方波\ 三角波 。實現(xiàn)該要求有多種方案，如先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波轉(zhuǎn)換成三角波；也可以先產(chǎn)生三角波——方波，再將三角波變換成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ儞Q成正弦波。但該課程設(shè)計采用方波——三角波——正弦波，正弦波通過滯回比較器可以轉(zhuǎn)換成方波，方波通過一個積分電路可以轉(zhuǎn)換成三角波，正弦波可以通過RC振蕩電路產(chǎn)生。</p><p><b>　　方案一、

6、</b></p><p><b>　　直流電源部分 </b></p><p>　　以下電路可把220V的交流電變成15V的直流電</p><p>　　把220V的交流電變成15V的直流電路圖</p><p><b>　?、?、波形產(chǎn)生部分</b></p><p>　

7、　設(shè)計一個產(chǎn)生方波—三角波—正弦波函數(shù)轉(zhuǎn)換器包括由滯回比較器和RC電路組成的方波 三角波發(fā)生器電路如下：</p><p><b>　　方波——三角波</b></p><p>　　方波轉(zhuǎn)換成三角波電路圖</p><p><b>　　三角波——正弦波</b></p><p>　　三角波轉(zhuǎn)換成正弦波電路圖

8、</p><p><b>　　方案二</b></p><p>　　直流電源部分及方波-三角波發(fā)生電路同上，三角波變?yōu)檎也娐酚谜劬€法電路。</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p>　　方案二產(chǎn)生方波、三角波、正弦波電路圖</p><p>　　方案論

9、證：我選的是第一個方案，上述兩個方案均可以產(chǎn)生三種波形。方案二的電路過多焊接部方便而且這樣浪費了很多元器件，但是方案的在調(diào)節(jié)的時候</p><p>　　比較方便可以很快的調(diào)節(jié)出波形。方案一電路簡潔利于焊接可以節(jié)省元器件，但是在調(diào)節(jié)波形的時候會比較費力，由于整個電路時一起的只要調(diào)節(jié)前面部分就會</p><p><b>　　影響后面的波形。</b></p>

10、<p>　　三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算</p><p>　　1、直流電源的參數(shù)設(shè)計</p><p>　　提供的是220V的交流電源要變?yōu)?5V直流電 變壓器用 220V~15V規(guī)格</p><p>　　設(shè)計思路 ?。?）電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。</p&

11、gt;<p>　　（2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。</p><p>　　（3）脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。</p><p>　?。?）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載RL。</p><p&g

12、t;<b>　　直流穩(wěn)壓電源原理</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，其中： 　?。?）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 　?。?）整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換

13、成脈動的直流電壓，常用的整流濾波電路有全波整流、橋式整流，此處用的是橋式整流電路?！　。?）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。 　　（4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。 　　整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖2所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2

14、截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。</p><p><b>　　整流電路 </b></p><p>　?、佥敵鲭妷浩骄?UO(AV) 和輸出電流的平均值IO(AV)</p><p><b>　?、诿}動系數(shù)</b></p><p><b>　?、鄱O管的選擇&

15、lt;/b></p><p>　　每只二極管只在變壓器副邊電壓的半個周期通過電流，所以每只二極管的平均電流只有負(fù)載電阻上電流平均值的一半。</p><p>　　二極管承受的最大反向電壓等于變壓器副邊的峰值電壓</p><p>　　對于二極管最大整流平均電流IF和最高反向工作電壓UR均應(yīng)留10%的余地，以保證二極管安全工作。</p><p&g

16、t;　　整流用的二極管可用1N4007 </p><p>　　電解電容用3300uf </p><p>　　C2和C3可用0.47uf</p><p>　　C4/C5、C7、C8可用1uf </p><p>　　發(fā)光二極管上的R用 1KΩ</p><p><b>　　濾波電路</b><

17、/p><p><b>　?、佥敵鲭妷浩骄?lt;/b></p><p><b>　　當(dāng)負(fù)載開路時</b></p><p>　　當(dāng)RLC＝（3~5)T/2時</p><p>　　考慮電網(wǎng)電壓波動，電容的耐壓值應(yīng)滿足RC=（3~5）T /2即，應(yīng)大于</p><p><b>　

18、?、诿}動系數(shù) S </b></p><p><b>　　穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　若輸出電壓較高，接一保護二極管 D，以保護集成穩(wěn)壓器內(nèi)部的調(diào)整管。</p><p>　　LM7812和LM7912的輸出電壓分別了正負(fù)12伏</p><p>　　C2和C3是用于抵消輸入線較長時的電感效應(yīng)，以防止電路

19、產(chǎn)生自激振蕩，其容量較小一般小于1微法</p><p>　　圖中電容C4和C5是用于消除輸出電壓中高頻噪聲，可取小于1微法的電容，也可以去幾微法或幾十微法的電容，一邊輸出較大的脈沖電流.</p><p>　　2、波形產(chǎn)生電路部分的參數(shù)設(shè)計</p><p>　　正弦波產(chǎn)生部分要求產(chǎn)生頻率范圍為0.2KHz~20kHz連續(xù)可調(diào)的正弦波，</p><p

20、>　　F=Uf\Uo= </p><p><b>　　整理可得F=</b></p><p>　　令wo=1/RC,則 fo=1/2πRC。</p><p>　　1/2πRC=f 取C=0.22uf ,</p><p>　　R:36Ω~3.6KΩ ,電位器可選5KΩ，R7=10KΩ。</p>&

21、lt;p>　　方波要求幅值為2V，選擇的穩(wěn)壓二極管可選用穩(wěn)壓為3.3V的，在穩(wěn)壓二極管兩端并聯(lián)一個5KΩ的電位器。</p><p>　　Up1=Uo+Uo1=UoUz</p><p>　　令Up1=Un1=0V,則閾值電壓 UT=Uz</p><p>　　R1=100KΩ、R2=10KΩ、R3=10KΩ、R4=1KΩ，二極管選用1N4007型號的<

22、/p><p>　　C1=220uf、電位器R3=100KΩ。</p><p>　　三角波的占空比要求可調(diào)，可在反向輸入端和輸出端接上二極管 和一個電位器（100KΩ），二極管選用1N4007.。</p><p><b>　　三角波:</b></p><p>　　+UT=UZ*+(-UT) UT= UZ </p&g

23、t;<p>　　經(jīng)整理可得 T= f=</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>&

24、lt;p>　　先在電路板上做好布局，然后進行焊接。焊接好電路到實驗室進行調(diào)試，初次調(diào)試發(fā)現(xiàn)電源部分正常，但波形轉(zhuǎn)換部分沒有波形出現(xiàn). 檢查之后，發(fā)現(xiàn)我電路排版比較亂.所以我重新焊接，之后波形馬上出來了，達(dá)到要求：占空比可調(diào)，頻率連續(xù)可調(diào)，波形幅值可以調(diào)到實驗要求范圍內(nèi)，調(diào)試完成。</p><p><b>　　六、性能測試與分析</b></p><p><

25、b>　　1.電源部分的測試</b></p><p><b>　　實驗測得 ：</b></p><p>　　副邊電壓U1=16V、U2=-16V U12=32V</p><p>　　整流濾波后的電壓 U1=21.5V U2=-21.5V</p><p>　　7812輸入輸出電壓 U1=

26、21.5V U2=11.8V</p><p>　　7912輸入輸出電壓 U1=-21.5V U2=-12V</p><p>　　輸出端電壓 Uo1=11.8V U02=-12V</p><p>　　所測項目 理論值 絕對誤差 相對誤差 </p><p>　　變壓器 U1

27、 15 1 6.25%</p><p>　　U2 -15 1 6.25% </p><p>　　U12 30V 2 6.25%</p><p>　　濾波電壓 U1 18V 3.5 1

28、6.3%</p><p>　　U2 -18V 3.5 16.5%</p><p>　　7812輸入 U1 18V 3.5 16.5%</p><p>　　7812輸出 U1 12V 0.2 1.7%</p>&l

29、t;p>　　7912輸入 U1 -18V 3.5 16.5%</p><p>　　7912輸出 U1 12V 0 0</p><p>　　正輸出端 Uo1 12V 0.2 1.7%</p><p>　　副輸出端

30、 U02 -12V 0 0</p><p><b>　　波形測試部分：</b></p><p><b>　　1,方波：</b></p><p>　　測量 要求</p><p>　　F 32.4HZ—9

31、.3KHZ 0.2HZ—20KHZ</p><p>　　測量 理論 絕對誤差 相對誤差 </p><p>　　U 2.4格*2V=4.8V 4V 0.8 20%</p><p><b>　　U/2=2.4V</b></p>

32、;<p>　　方波三角波的仿真電路圖</p><p>　　注：調(diào)節(jié)Rw可以實現(xiàn)頻率可調(diào).</p><p><b>　　2,三角波：</b></p><p>　　測量 要求</p><p>　　F 34.5HZ—9.0KHZ 0.2HZ—20

33、KHZ</p><p>　　測量 理論 絕對誤差 相對誤差 </p><p>　　U 1.9格*2V=3.8V 4V 0.2 5 % </p><p><b>　　U/2=1.9V</b></p><p>　　從圖中可以

34、看出波形基本正常</p><p><b>　　3，正弦波：</b></p><p><b>　　正弦波的仿真電路圖</b></p><p>　　測量 要求</p><p>　　F 34.5HZ—6.6KHZ 0.2HZ—20KHZ&

35、lt;/p><p>　　測量 理論 絕對誤差 相對誤差 </p><p>　　U 4.8格*1V=4.8V 4V 0.8 20 % </p><p><b>　　U/2=2.4V</b></p><p>　　從圖可看出波形基本

36、正常</p><p><b>　　誤差分析：</b></p><p>　　1.參數(shù)設(shè)計不是非常完美；</p><p>　　2 測量儀器本身的老化產(chǎn)生的誤差；</p><p>　　3 焊接電路時焊點處有電阻被忽略，連接的線路也有電阻；</p><p>　　4 試驗時間過長溫度發(fā)生變化，使得一些元件的

37、電阻發(fā)生變化；</p><p>　　5儀器的不精確導(dǎo)致實驗與仿真有所偏差；</p><p>　　6. 測量數(shù)據(jù)時讀數(shù)產(chǎn)生的誤差。</p><p><b>　　七、結(jié)論與心得</b></p><p>　　1.結(jié)論：其本實驗還可以改進，比如三角波轉(zhuǎn)換正弦波的電路可以用一個差分放大電路實現(xiàn)，而且效果更好.還有一個更簡單的方案，

38、就是在三角波輸出端接BZ319芯片就可以實現(xiàn)波形轉(zhuǎn)換.</p><p>　　通過這次開放性實驗，我學(xué)會了制作電路，熟練了電路焊接方法以及掌握調(diào)試方法與測試參數(shù)；同時還提高了我們的動手能力和測試技術(shù)能力。</p><p>　　在此次試驗中遇到一些困難，比如有一些元器件不能買到，我只能用其他元件代替，或買的與要求的參數(shù)稍有偏差，致使好多參數(shù)達(dá)不到要求。</p><p>

39、　　電位器Rp在調(diào)整方波—三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，Rp實現(xiàn)頻率的微調(diào)。</p><p>　　方波的輸出幅度約等于電源電壓+Vcc.三角波的輸出幅度不超過電源電壓+Vcc。電位器Rp1可以實現(xiàn)幅度的微調(diào)，但會影響方波—三角波的頻率。</p><p>　　2.心得：在12月份我就開始準(zhǔn)備這次實驗，因為我知道自己本身基礎(chǔ)比較差，

40、有些知識雖然學(xué)過，但我沒有掌握好，所以 為這次實驗我要用多一些時間準(zhǔn)備。開始的時候，我是在圖書館查閱資料，接觸更多的是謝自美的書籍，我還抄了一些公式和電路圖回來研究以及參考。不幸的是，費盡九牛二虎之力設(shè)計好參數(shù)，最后卻真不出波形，我看到那一條條直線，郁悶極了！</p><p>　　我從新設(shè)計好參數(shù)，終于把圖形仿真出來了，于是乎，我趕緊買材料，材料一到手就開始焊，因為電路圖比較復(fù)雜，焊起來真的花不少時間，但每一步我

41、都是認(rèn)認(rèn)真真焊的。可是結(jié)果卻不如我意，到實驗室測試的時候，看到兩條直線，不論怎么調(diào)試，就是不見波形，我檢查電路圖，沒錯；檢查電路板，也沒錯！究竟是哪里錯了呢？我把電路圖交給曾老師看，曾老師確定了我電路圖的正確，并且給了一些改進的建議。我采用曾老師的建議修改一下電路，最后轉(zhuǎn)換成正弦波的部分因為買不到BZ319芯片，所以只能用我本來的方案，用9018三極管組合轉(zhuǎn)換。結(jié)果仿真波形稍有誤差，但也還可以。</p><p>

42、　　結(jié)束這次實驗，雖然不是很完美，但自己收獲了不少，感謝老師讓我們有這樣的機會去鍛煉。</p><p><b>　　八、參考文獻：</b></p><p>　　1．童詩白 華成英 《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 高等教育出版社</p><p>　　2．物理與電子信息學(xué)院 《 基礎(chǔ)電路實驗指導(dǎo)書》</p><p>　　3. 謝

43、自美 《電子線路設(shè)計》</p><p>　　4．畢滿清編 《電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計》 機械工業(yè)大學(xué)出版社 </p><p>　　5. 李萬臣主編．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)與課程設(shè)計.哈爾濱工程大學(xué)出版社</p><p>　　6.《電子線路設(shè)計應(yīng)用手冊》，張友漢主編，福建科學(xué)技術(shù)出版社（2000）</p><p>　　7.電子技