方波、三角波波形發(fā)生器課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　方波、三角波發(fā)生器</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在模擬電子技術(shù)當(dāng)中，我們會(huì)見(jiàn)到各種類型的波形，除了常見(jiàn)的正弦波之外，還有別的各種非正弦波，這些類型各異的波形，廣泛應(yīng)用于模擬電子技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。在模擬電子電路中，各種非正弦波，如矩形波、三角波、鋸齒波、階梯波等，在各種驅(qū)動(dòng)電路及

2、信號(hào)處理電路中廣泛應(yīng)用。波形發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛的運(yùn)用于電子電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途，通過(guò)對(duì)函數(shù)波形發(fā)生器的原理以及構(gòu)成分析，可以設(shè)計(jì)一個(gè)能變換出三角波、方波的函數(shù)波形發(fā)生器。本文利用LM324N產(chǎn)生一個(gè)可調(diào)頻和調(diào)幅的方波信號(hào)，通過(guò)此信號(hào)來(lái)產(chǎn)生三角波。 </p><p><b>　　目錄</b></p>

3、<p><b>　　1 設(shè)計(jì)題目3</b></p><p>　　2 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求3</p><p>　　3 整體電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　4 仿真及仿真結(jié)果9</p><p>　　5 PCB板的繪制11</p><p><b>　　6 誤差分析12<

4、/b></p><p><b>　　7 總結(jié)13</b></p><p><b>　　8 心得體會(huì)13</b></p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　方波、三角波發(fā)生器</b></p><

5、;p><b>　　2 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</b></p><p>　　要求設(shè)計(jì)并用分立元件和集成運(yùn)算放大器制作能產(chǎn)生方波和三角波波形的波形發(fā)生器。</p><p><b>　　3 整體電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1）信號(hào)發(fā)生器:</b></p><p>　　

6、信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器。按信號(hào)波形可分為正弦信號(hào)、函數(shù)（波形）信號(hào)、脈沖信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等四大類。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波。通過(guò)模擬電子技術(shù)設(shè)計(jì)的波形發(fā)生器是一個(gè)不需要外加輸入信號(hào)，靠自身振蕩產(chǎn)生信號(hào)的電路。 2）電路設(shè)計(jì)：</p><p>　　整體電路由RC振蕩電路，反相輸入的滯回比較器和積分電路組成。</p><p>

7、;　　理由：a）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；</p><p>　　b）產(chǎn)生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動(dòng)地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；</p><p>　　c）輸出狀態(tài)應(yīng)按一定的時(shí)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(lái)確定每種狀態(tài)維持的時(shí)間。</p><p>　　RC振蕩電路：即作為延

8、遲環(huán)節(jié)，又作為反饋電路，通過(guò)RC充放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　反相輸入的滯回比較器：矩形波產(chǎn)生的重要組成部分。</p><p>　　積分電路：將方波變?yōu)槿遣ā?lt;/p><p><b>　　2）整體電路框圖：</b></p><p>　　為實(shí)現(xiàn)方波，三角波的輸出,先通過(guò) RC振蕩電路，反相輸入的滯回

9、比較器得到方波，方波的輸出，是三角波的輸入信號(hào)。三角波進(jìn)入積分電路，得出的波形為所求的三角波。其電路的整體電路框圖如圖1所示：</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　3）單元電路設(shè)計(jì)及元器件選擇</p><p><b>　　a） 方波產(chǎn)生電路</b></p><p>　　根據(jù)

10、本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)電路產(chǎn)生振蕩，通過(guò)RC電路和滯回比較器時(shí)將產(chǎn)生幅值約為12V的方波，因?yàn)榉€(wěn)壓管選擇1N4742A（約12V）。電壓比較電路用于比較模擬輸入電壓與設(shè)定參考電壓的大小關(guān)系，比較的結(jié)果決定輸出是高電平還是低電平。滯回比較器主要用來(lái)將信號(hào)與零電位進(jìn)行比較，以決定輸出電壓。圖3為一種滯回電壓比較器電路，雙穩(wěn)壓管用于輸出電壓限幅，R3起限流作用，R2和R1構(gòu)成正反饋，運(yùn)算放大器當(dāng)up>un時(shí)工作在正飽和區(qū)，而當(dāng)un>up時(shí)工

11、作在負(fù)飽和區(qū)。從電路結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)輸入電壓uin小于某一負(fù)值電壓時(shí)，輸出電壓uo= -UZ；當(dāng)輸入電壓uin大于某一電壓時(shí)，uo= +UZ。運(yùn)算放大器在兩個(gè)飽和區(qū)翻轉(zhuǎn)時(shí)up=un=0，由此可確定出翻轉(zhuǎn)時(shí)的輸入電壓。up用uin和uo表示，有</p><p>　　根據(jù)翻轉(zhuǎn)條件，令上式右方為零，得此時(shí)的輸入電壓</p><p>　　Uth稱為閾值電壓。滯回電壓比較器的直流傳遞特性如圖4所示。設(shè)輸

12、入電壓初始值小于-Uth，此時(shí)uo= -UZ ；增大uin，當(dāng)uin=Uth時(shí)，運(yùn)放輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入正飽和區(qū)。如果初始時(shí)刻運(yùn)放工作在正飽和區(qū)，減小uin ，當(dāng)uin= -Uth時(shí)，運(yùn)放則開(kāi)始進(jìn)入負(fù)飽和區(qū)。</p><p>　　圖3 滯回電壓比較器</p><p>　　圖4 滯回電壓比較器的直流傳遞特性</p><p>　　如果給圖3所示電路輸入三角波電壓，其幅值

13、大于Uth ，設(shè)t = 0時(shí)，uo= -UZ ，其輸出波形如圖5所示。可見(jiàn)，輸出為方波。</p><p>　　圖5 輸入為三角波時(shí)滯回電壓比較器的輸出波形</p><p>　　b）．方波—三角波發(fā)生電路</p><p>　　給圖3所示的滯回電壓比較器級(jí)聯(lián)一積分電路，再將積分器的輸出作為比較器的輸入，如圖6所示。由于積分電路可將方波變?yōu)槿遣ǎ容^器的輸入又正好為

14、三角波，因此可定性判斷出，圖6電路的輸出電壓uo1為方波，uo2為三角波，如圖7所示。</p><p>　　圖6 方波—三角波發(fā)生電路</p><p>　　下面分析其振蕩周期。積分器輸出電壓從-Uth增加到+Uth所需的時(shí)間為振蕩周期T的一半，由積分器關(guān)系式</p><p><b>　　或</b></p><p>　　

15、注意到，故，振蕩頻率則為 </p><p>　　圖7方波—三角波發(fā)生電路的輸出波形</p><p><b>　　c）元器件選擇</b></p><p>　　1）)通用型集成單運(yùn)放LM324N   電路所用的運(yùn)放選用LM324N,LM324N的管腳

16、圖如圖所示，其特點(diǎn)是電壓適應(yīng)范圍較寬，可在±5～±18V范圍內(nèi)選用；具有很高的輸入共模、差模電壓，電壓范圍分別為±15V和±30V；內(nèi)含頻率補(bǔ)償和過(guò)載、短路保護(hù)電路；可通過(guò)外接電位器進(jìn)行調(diào)零.</p><p>　　波形發(fā)生器用到得腳位為2.3.4.6.7</p><p>　　腳位2：INV.INPUT</p><p>　　腳位

17、3：NON-INV.INPUT</p><p><b>　　腳位4: V-</b></p><p>　　腳位6：OUTPUT</p><p><b>　　腳位7：V+</b></p><p>　　LM324N管腳分布</p><p><b>　　2））穩(wěn)壓二極管&l

18、t;/b></p><p>　　雙穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓根據(jù)方波幅值選取，由設(shè)計(jì)要求可取12伏特的穩(wěn)壓二極管,本次試驗(yàn)采用的1N4742A穩(wěn)壓二極管。</p><p><b>　　3））電阻</b></p><p>　　電阻R4根據(jù)雙穩(wěn)壓二極管的最大電流確定,此處可取10 k，其他電阻分別有10K,25K,130K電阻。</p>

19、<p><b>　　4））電容</b></p><p>　　電容C根據(jù)振蕩頻率要求確定，本次實(shí)驗(yàn)采用的100nF電容。</p><p>　　4））由 式,令R1=25K,為達(dá)到所要求的頻率,可求得三組值:</p><p>　　當(dāng)頻率為100HZ時(shí),R2=10K R3=130K C=100nF</p><

20、p><b>　　5））原件：</b></p><p>　　6))系統(tǒng)的電路總圖:</p><p><b>　　4 仿真及仿真結(jié)果</b></p><p>　　仿真是通過(guò)Multisim軟件進(jìn)行的。仿真電路測(cè)試過(guò)程：</p><p>　　仿真頻率為100HZ的方波和三角波的波形圖: </p

21、><p><b>　　5 PCB板的繪制</b></p><p><b>　　Sch電路圖</b></p><p><b>　　PCB電路圖</b></p><p><b>　　6 誤差分析</b></p><p>　　誤差的來(lái)源主要有

22、系統(tǒng)誤差（固有誤差）和偶然誤差（隨機(jī)誤差）。而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因有：儀器本身的缺陷、理論公式和測(cè)量方法的近似性、環(huán)境的改變和個(gè)人存在的不良測(cè)量習(xí)慣等。系統(tǒng)誤差來(lái)源有工具誤差、裝置誤差、人身誤差、外界誤差、方法誤差等。偶然誤差主要是某種未知的偶然因素對(duì)實(shí)驗(yàn)者、儀器、被測(cè)物理量的影響而產(chǎn)生的。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，器件實(shí)際測(cè)量參數(shù)跟理論參數(shù)不吻合是引起誤差的最大原因。如電路中的電阻R,它影響了輸出電壓的大小

23、,如果R取合適值,三角波和方波輸出波形不失真,而R出現(xiàn)少許改變的時(shí)候,會(huì)使輸出電壓和輸出頻率出現(xiàn)很大的誤差.</p><p><b>　　7 總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)作品的優(yōu)點(diǎn)有如下幾點(diǎn)：一.電路只有一個(gè)延遲環(huán)節(jié),延遲時(shí)間短.二.由于積分電路引入了深度電壓負(fù)反饋,所以在負(fù)載電阻相當(dāng)大的變化范圍里,三角波電壓幾乎不變.</p><p&

24、gt;　　本設(shè)計(jì)作品的不足之處主要是：一.方波輸出電壓小于2Vcc是因?yàn)檫\(yùn)放輸出極有PNP型兩種晶體組成復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱電路輸出方波時(shí),兩管輪流截止或飲和導(dǎo)通,由于導(dǎo)通時(shí)輸出電阻的影響,使方波輸出度小于電源電壓值.二.受運(yùn)放影響,三角波傳輸特性區(qū)線性度差容易引起失真.</p><p>　　以后可能改進(jìn)的方案：在電路上加上保護(hù)電路,在三角波輸出端加上濾波網(wǎng)絡(luò)改善輸出波形.</p><p><

25、;b>　　8 心得體會(huì)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是在前導(dǎo)驗(yàn)證性認(rèn)知實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行更高層次命題的課程設(shè)計(jì)，是在教師指導(dǎo)下獨(dú)立查閱資料、設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試特定功能的電子電路。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),我懂得了要完成一個(gè)電路的設(shè)計(jì),理論基礎(chǔ)是根基,實(shí)踐操作是完成實(shí)物的重要部分,而創(chuàng)新能力則決定了一個(gè)電路的價(jià)值.因?yàn)樵O(shè)計(jì)一個(gè)電路，決不是簡(jiǎn)單地按課本的電路圖進(jìn)行焊接成型，我們要進(jìn)行電路各個(gè)元件參數(shù)

26、的計(jì)算，這個(gè)涉及我們所掌握的理論知識(shí).元件的計(jì)算是設(shè)計(jì)中較為重要的一部分，計(jì)算準(zhǔn)了，則設(shè)計(jì)出來(lái)的電路誤差不大，否則，設(shè)計(jì)出來(lái)的電路性能指標(biāo)跟要求相差甚遠(yuǎn)。最困難的是當(dāng)電路出現(xiàn)錯(cuò)誤是，如何檢測(cè)出錯(cuò)誤之處，如何排除錯(cuò)誤，它考驗(yàn)了我們?nèi)绾芜\(yùn)用理論知識(shí)和實(shí)際的調(diào)試的能力.另外,通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),我掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)試、熟悉了常用的儀器、了解了電路的連接、焊接方法、鞏固了基礎(chǔ)、提高了實(shí)際操作技能、并養(yǎng)成注重設(shè)計(jì)、追求創(chuàng)新的思維習(xí)慣.總而言之