方波合成電路課程設(shè)計

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計報告</p><p><b>　　任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計題目： 方波合成實驗電路 </p><p><b>　　一、設(shè)計條件</b></p><p><b>　　1．可選元

2、件</b></p><p>　?。?）選題規(guī)定的“可選、限選元件”</p><p>　?。?）電阻、電容、電感、電位器等，按需使用</p><p><b>　?。?）自備元件</b></p><p><b>　　2．可用儀器</b></p><p>　　萬用表，示

3、波器，交流毫伏表，信號發(fā)生器，直流穩(wěn)壓電源</p><p><b>　　二、設(shè)計任務(wù)及要求</b></p><p><b>　　1．設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　根據(jù)技術(shù)要求和已知條件，完成選題電路的設(shè)計、裝配與調(diào)試。</p><p><b>　　2．設(shè)計要求</b>&

4、lt;/p><p>　?。?）選題規(guī)定的“設(shè)計內(nèi)容和要求”；</p><p>　?。?）選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計。包括：計算電路元件參數(shù)、選擇元件、畫出總體電路原理圖；</p><p>　　（3）用軟件仿真整體或部分核心實驗電路，得出適當結(jié)果；</p><p>　?。?）裝配、調(diào)試作品，按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計報告書。</p&g

5、t;<p><b>　　三、時間安排</b></p><p>　　1．第11周：布置設(shè)計任務(wù)，講解設(shè)計要求、實施計劃、設(shè)計報告等要求，完成選題。</p><p>　　2．第12～13周：資料查閱，方案設(shè)計，模擬仿真，領(lǐng)取元件，開始實際制作。</p><p>　　3．第14～16周：分散開展實際制作及調(diào)試。</p>&

6、lt;p>　　4．第17周：集中制作與調(diào)試，作品檢查、評價、驗收，撰寫設(shè)計報告。</p><p>　　5．第18周：集中檢查驗收、答辯，提交設(shè)計報告。</p><p>　　指導教師簽名： 2012 年 06 月 20 日</p><p><b>　　目錄</b></p>&

7、lt;p>　　第一章 原理及主要元件介紹 </p><p>　　一、正弦波振蕩電路的原理----------------------------------------------------------------------------------2二、N

8、E5532的介紹-------------------------------------------------------------------------------------------- 5 </p><p>　　LM358的介紹

9、 </p><p>　　UA741的介紹 </p><p>　　第二章 正弦波發(fā)生電路</p><p>　　一、兩種正弦波發(fā)生電路的比較--

10、------------------------------------------------------------------------10 </p><p><b>　　第三章 方波合成</b></p><p>　　一、加法電路-----------------------------------------

11、---------------------------------------------------------11 </p><p><b>　　第四章 總結(jié)</b></p><p>　　一、實驗總結(jié)----------------------------------------------------

12、----------------------------------------------12 </p><p>　　二、致謝--------------------------------------------------------------------------------------------------------12

13、 </p><p>　　三、參考文獻--------------------------------------------------------------------------------------------------12 </

14、p><p>　　四、附錄--------------------------------------------------------------------------------------------------------12 </p><p>　　摘要

15、 </p><p>　　課程設(shè)計的任務(wù)是由直流穩(wěn)壓電源供電，由10kHz、30kHz、50kHz正弦波，合成近似方波。要求：① 方波幅度：VPP≥5V② 失真小。首先設(shè)計制作正弦波發(fā)生電路，分別產(chǎn)生10kHz、30kHz、50kHz的正弦波，其次通過反相電路調(diào)節(jié)產(chǎn)生的正弦波的電壓幅度，使其滿足要求，然后設(shè)計制作移相電路使三個波形的相位一致，最后設(shè)計制作加法器將三個正弦波合成近似方波。</p>

16、;<p>　　方波合成的理論基礎(chǔ)是傅立葉級數(shù)，法國數(shù)學家傅立葉發(fā)現(xiàn)，任何周期函數(shù)都可以用正弦函數(shù)和余弦函數(shù)構(gòu)成的無窮級數(shù)來表示，但實際生活中大多數(shù)波形都包含諧波頻率的能量。諧波頻率能量相較于基波頻率能量的比例是依賴于波形的。傅立葉級數(shù)將這種波形數(shù)學定義為相對于時間的位移函數(shù)。</p><p>　　隨著傅立葉級數(shù)中計算項的增加，級數(shù)會越來越近似于定義復雜信號波形的精確函數(shù)。計算機能夠計算出傅立葉級數(shù)的

17、數(shù)百萬個項。</p><p>　　本題就是基于這個原理，去基波、三次諧波、五次諧波進行合成。諧波之間要滿足一定相位及幅度比例關(guān)系，由于我是用三個電路分別產(chǎn)生正弦波，所以要對波形的電壓進行調(diào)節(jié)，使其滿足比例要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞 </p><p>　　正弦波產(chǎn)生；

18、 傅立葉級數(shù) ； 移相； 加法器； 合成方波</p><p>　　第一章 原理及主要元件介紹</p><p>　　一、正弦波振蕩電路的原理</p><p>　　正弦波振蕩電路是在沒有外加輸入信號的情況下，依靠電路自激震蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。它廣泛的用于量測、遙控、通訊、自動控制、熱處理和超聲波電焊等加工設(shè)備中，也作為模擬電子電路的測試信號。

19、</p><p>　　正弦波產(chǎn)生的條件：為了產(chǎn)生正弦波，必須在放大電路里加入正反饋，因此放大電路和正反饋網(wǎng)絡(luò)是振蕩電路的最主要部分。但是，這樣兩部分構(gòu)成的振蕩器一般得不到正弦波，這是由于很難控制正反饋的量。如果正反饋量大，則增幅，輸出幅度越來越大，最后由三極管的非線性限幅，這必然產(chǎn)生非線性失真。反之，如果正反饋量不足，則減幅，可能停振，為此振蕩電路要有一個穩(wěn)幅電路。為了獲得單一頻率的正弦波輸出，應(yīng)該有選頻網(wǎng)絡(luò)，選

20、頻網(wǎng)絡(luò)往往和正反饋網(wǎng)絡(luò)或放大電路合而為一。選頻網(wǎng)絡(luò)由R、C和L、C等電抗性元件組成。正弦波振蕩器的名稱一般由選頻網(wǎng)絡(luò)來命名。正弦波發(fā)生電路的組成： 放大電路 正反饋網(wǎng)絡(luò) 選頻網(wǎng)絡(luò) 穩(wěn)幅電路</p><p><b>　　RC選頻網(wǎng)絡(luò) </b></p><p>　　RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的電路如圖。RC串聯(lián)臂的阻抗用Z1表示，RC并聯(lián)臂的</p><p&g

21、t;　　圖9-1.02 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　阻抗用Z2表示。其頻率響應(yīng)如下</p><p><b>　　諧振頻率為</b></p><p><b>　　f0=</b></p><p>　　當R1 = R2，C1 = C2時，諧振角頻率和諧振頻率分別為：</p><

22、p><b>　　， </b></p><p><b>　　幅頻特性 </b></p><p><b>　　相頻特性</b></p><p>　　當f=f0時的反饋系數(shù) ，且與頻率f0的大小無關(guān)，此時的相角 F=0。即調(diào)節(jié)諧振頻率不會影響反饋系數(shù)和相角，在調(diào)節(jié)頻率的過程中，不會停振，也不

23、會使輸出幅度改變。</p><p><b>　　電路組成</b></p><p>　　下圖是RC橋式振蕩電路的原理電路，這個電路由兩部分組成，即放大電路 和選頻網(wǎng)絡(luò) 。選頻網(wǎng)絡(luò)（即反饋網(wǎng)絡(luò)）的選頻特性已知，在 處，RC串并聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)的 ， ，根據(jù)振蕩平衡條件 和 ，可知放大電路的輸出與輸入之間的相位關(guān)系應(yīng)是同相，放大電路的電壓增益不能小于3，即用增益為3（起振時，為使

24、振蕩電路能自行建立振蕩， 應(yīng)大于3）的同相比例放大電路即可。根據(jù)這個原理組成的電路如圖所示，由于Z1、Z2和R1、Rf正好形成一個四臂電橋，電橋的對角線頂點接到放大電路的兩個輸入端，因此這種振蕩電路常稱為RC橋式振蕩電路。</p><p>　　3、振蕩的建立與穩(wěn)定</p><p>　　由圖可知，在 時，經(jīng)RC反饋網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭\放同相端的電壓 與 同相，即有 和 。這樣，放大電路和由Z1、Z2

25、組成的反饋網(wǎng)絡(luò)剛好形成正反饋系統(tǒng)，可以滿足相位平衡條件，因而有可能振蕩。</p><p>　　所謂建立振蕩，就是要使電路自激，從而產(chǎn)生持續(xù)的振蕩。由于電路中存在噪聲，它的頻譜分布很廣，其中一定包括有 這樣一個頻率成分。這種微弱的信號，經(jīng)過放大器和正反饋網(wǎng)絡(luò)形成閉環(huán)。由于放大電路的 開始時略大于3，反饋系數(shù) ，因而使輸出幅度愈來愈大，最后受電路中非線性元件的限制，使振蕩幅度自動地穩(wěn)定下來，此時 ，達到 振幅平衡條件

26、。 </p><p>　　4、振蕩頻率與振蕩波形 </p><p>　　由于集成運放接成同相比例放大電路，它的輸出阻抗可視為零，而輸入阻抗遠比RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的阻抗大得多，可忽略不計，因此，振蕩頻率即為RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的， 當適當調(diào)整負反饋的強弱，使AV的值略大于3時，其輸出波形為正弦波，如AV的值遠大于3，則因振幅的增長，致使波形將產(chǎn)生嚴重的非線性失真。

27、 </p><p><b>　　5、穩(wěn)幅措施</b></p><p>　　對于圖中所示的電路，調(diào)整R1或Rf可以使輸出電壓達到或接近正弦波。然而，由于溫度、電源電壓或者元件參數(shù)的變化，將會破壞AVFV=1的條件，使振幅發(fā)生變化。當AVFV增加時，將使輸出

28、電壓產(chǎn)生非線性失真；反之，當AVFV減小時，將使輸出波形消失（即停振）。因此，必須采取措施，使輸出電壓幅度達到穩(wěn)定。</p><p>　　實現(xiàn)穩(wěn)幅的方法是使電路的Rf/R1值隨輸出電壓幅度增大而減小。例如，Rf用一個具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻代替，當輸出電壓 增加使Rf的功耗增大時，熱敏電阻Rf減小，放大器的增益 下降，使的幅值下降。如果參數(shù)選擇合適，可使輸出電壓幅值基本恒定，且波形失真較小。同理，R1用一具有正溫

29、度系數(shù)的電阻代替，也可實現(xiàn)穩(wěn)幅。</p><p>　　二、電路中集成運放的介紹</p><p>　　1、NE5532的有關(guān)介紹</p><p>　　NE5532是高性能低噪聲雙運算放大器（雙運放）集成電路。與很多標準運放相似，但它具有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力及相當高的小信號帶寬，電源電壓范圍大等特點。因此很適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備、儀器、控制電路及電

30、話通道放大器。用作音頻放大時音色溫暖，保真度高，在上世紀九十年代初的音響界被發(fā)燒友們譽為“運放之皇”，至今仍是很多音響發(fā)燒友手中必備的運放之一。</p><p>　　1.1、NE5532的引腳圖</p><p>　　1.2、NE5532的內(nèi)部電路圖</p><p>　　1.3、NE5532的特點</p><p>　　?小信號帶寬：10MHZ

31、 ?輸出驅(qū)動能力：600Ω，10V有效值  ?輸入噪聲電壓：5nV/√Hz(典型值)  ?直流 電壓增益：50000  ?交流電壓增益：2200-10KHZ ?功率帶寬： 140KHZ ?轉(zhuǎn)換速率： 9V/μs ?大的電源電壓范圍：±3V-±20V  ?單位增益補償</p><p>　　2、LM358

32、的介紹</p><p>　　LM358內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器， 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關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益 模組,音頻放大器、工業(yè)控制、DC增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。 LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。 2.1、LM358的引腳圖：&

33、lt;/p><p>　　2.2、LM358的內(nèi)部電路圖：3、2.3、LM358的特性</p><p>　　*內(nèi)部頻率補償。 *直流電壓增益高(約100dB) 。 *單位增益頻帶寬(約1MHz) 。 *電源電壓范圍寬：單電源(3—30V)；雙電源(±1.5一±15V) 。

34、 *低功耗電流，適合于電池供電。 *低輸入偏流。 *低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流。 *共模輸入電壓范圍寬，包括接地。 *差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍。 *輸出電壓擺幅大（0至Vcc-1.5V) 。 *輸入偏置電流45 nA<

35、;/p><p>　　*輸入失調(diào)電流50 nA</p><p>　　*輸入失調(diào)電壓2.9mV</p><p>　　*輸入共模電壓最大值VCC~1.5 V</p><p>　　*共模抑制比80dB</p><p>　　*電源抑制比100dB </p><p>　　3、UA741的介紹</p>

36、<p>　　uA741M，uA741I，uA741C（單運放）是高增益運算放大器，用于軍事，工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用.這類單片硅集成電路器件提供輸出短路保護和閉鎖自由運作。 這些類型還具有廣泛的共同模式，差模信號范圍和低失調(diào)電壓調(diào)零能力與使用適當?shù)碾娢弧?lt;/p><p>　　3.1、UA741的引腳圖：</p><p>　　3.2、UA741的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路 </p>&l

37、t;p>　　第二章 正弦波發(fā)生電路</p><p>　　一、兩種正弦波發(fā)生電路的比較</p><p>　　由虛短虛斷原理可知流過R1的電流等于流過R5的電流，所以振蕩電路的輸出電壓可以通過下式計算得到：0.7V／（2R1-R2）=U／3R1 其中U是輸出電壓，0.7V為二極管的導通電壓，但是在仿真調(diào)試的過程發(fā)現(xiàn)改變R1、R2或是R5中的任何一個的阻值都會使輸出電壓有很大的變化，而

38、且還會對輸出的正弦波的頻率產(chǎn)生一定影響，是震蕩出的正弦波頻率和電壓都很不穩(wěn)定，這可能是由于電路本身的不穩(wěn)定性，但具體是什么原因我也不清楚。</p><p>　　還有一種電路如下圖：</p><p>　　通過這個電路產(chǎn)生所需要的頻率的正弦波，然后再通過一個反向比例電路調(diào)節(jié)其電壓，得到頻率和電壓都較穩(wěn)定的正弦波，由傅立葉級數(shù)可知，基波、三次諧波、五次諧波的振幅比為1：1／3：1／5，所以在合成

39、方波以前先把他們的幅值分別調(diào)為6V、2V、1.2V。用于調(diào)壓的反向比例運算電路如下：</p><p>　　通過調(diào)節(jié)R3的阻值可以的到需要的電壓值，電路中輸出電壓與輸入電壓之比就等于R3與R2的阻值之比，通過這兩個電路就可以的到電壓頻率都比較穩(wěn)定的正弦波。經(jīng)過比較，我選擇了第二個電路。</p><p><b>　　第三章 方波合成</b></p><

40、;p><b>　　一、加法電路</b></p><p>　　當多個輸入信號同時作用于集成運放的同相輸入端時，就構(gòu)成同相求和運算電路。如下圖：</p><p><b>　　利用迭加原理求出及</b></p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p>　　當兩輸入端外

41、電路平衡時，有</p><p>　　當時， 實現(xiàn)信號相加，且同相。</p><p><b>　　總結(jié) </b></p><p><b>　　一、實驗總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計主要講述了合成信號發(fā)生起器的工作原理和工作過程，突出了合成信號發(fā)生器的基本電路的組成單元及這些單元如何實現(xiàn)

42、信號合成。結(jié)合本設(shè)計的內(nèi)容，指出看單元電路的設(shè)計方法和意義。在這次設(shè)計中遇到了很多實際的問題。在實際設(shè)計中才發(fā)現(xiàn)，書本上的理論知識與實際還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入的了理解，而且要不斷的更正以前的錯誤思維，這才是我們課程設(shè)計真正應(yīng)該學到的東西。設(shè)計中的很多電路我都是借鑒書本上的，但是在電路的調(diào)試和銜接時會遇到一些問題，這些問題就需要我們認真的去思考，尋找解決方案，我是設(shè)計并不是完美的，實驗結(jié)果其實并不是很理想，得到的方波也

43、不是很穩(wěn)定，這跟我選的電路有很大的關(guān)系，因為正弦波發(fā)生電路本身就存在一定的不穩(wěn)定性，而且電路中涉及的一些電阻的阻值都需要利用電位器來滿足，而在調(diào)點位器的時候因為電位器的不穩(wěn)定也會導致電路的不穩(wěn)定，實驗電路還有待于改進。</p><p><b>　　二、致謝</b></p><p>　　這次課程設(shè)計我得到了很多幫助，在電路初步設(shè)計及仿真的時候同學給我提了很多珍貴的意見，

44、在電路調(diào)試出現(xiàn)問題的時候，指導老師----張志俊多次耐心的給我講解出現(xiàn)問題可能的原因以及解決的辦法，還多次耐心的幫我調(diào)試電路，在這里我想向張老師及幫助過我的同學表示真摯的感謝</p><p><b>　　三、參考文獻</b></p><p>　　【1】模擬電子技術(shù) 第四版 童詩白版</p><p>　　【2】信號與線性系統(tǒng)分析 第四版

45、吳大正版</p><p>　　【3】電子設(shè)計自動化技術(shù)：Multisim 10 &Ultiboard 10.第二版</p><p>　　【4】運算放大器應(yīng)用手冊.基礎(chǔ)知識篇 電子工業(yè)出版社</p><p>　　【5】www.baidu.com</p><p><b>　　四、附錄</b></p>

46、<p><b>　　附錄一：元器件清單</b></p><p>　　NE5532 2只</p><p>　　LM358 1只</p><p>　　UA741 1只</p><p>　　4148二極管 6只</p><p>　　電容104 4只</p>

47、<p>　　電容103 2只</p><p><b>　　103電位器 4只</b></p><p><b>　　102電位器 2只</b></p><p><b>　　302電位器 1只</b></p><p><b>　　104電位器 1只</

48、b></p><p><b>　　電阻若干</b></p><p><b>　　附錄二：仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　10Khz正弦波：</b></p><p>　　30Khz的正弦波：</p><p><b>　　50K

49、hz正弦波：</b></p><p><b>　　合成的方波：</b></p><p><b>　　附錄三：實驗結(jié)果</b></p><p><b>　　10Khz正弦波：</b></p><p>　　30 Khz正弦波：</p><p>