正弦波方波锯齿波函数发生器材料详实Word格式.docx
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②
正弦波幅值为±
2V,;
③
方波幅值为2V;
④
三角波峰-峰值为2V,占空比可调;
⑤
设计电路所需的直流电源可用实验室电源。
进度安排
1.布置任务、查阅资料、选择方案,领仪器设备:
2天;
2.领元器件、制作、焊接:
3天
3.调试:
2天
4.验收:
0.5天
学生姓名:
朱翔
指导时间2011年2月21日~2011年3月4日
指导地点:
E楼610室
任务下达
2011年2月21日
任务完成
2011年3月4日
考核方式
1.评阅□√2.答辩□3.实际操作□√ 4.其它□
指导教师
彭嵩
系(部)主任
陈琼
注:
1、此表一组一表二份,课程设计小组组长一份;
任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
摘要
本次课程设计是要求做一个能够产生正弦波-方波-三角波函数转换器.众所周知,制作函数发生器的电路有很多种.本次设计采用的电路是基于运放和晶体二极管的试验电路.
由理论分析知,电压比较器可以产生方波,积分电路可以产生三角波,三角波可直接通过RC振荡电路产生.各种波形频率段的调整可以由外电路的改变来实现,例如,改变电容的值.
先收集所有有用的资料,选择好电路图。
最后使用multisim软件模拟整个制作的电路,在模拟中,要解决出现的种种问题.
关键字:
RC振荡,电压比较器,积分电路
第一章设计的目的及任务…………………………………………………5
1.1课程设计的目的……………………………………………5
1.2课程设计的任务与要求……………………………………5
1.3课程设计的技术指标………………………………………5
第二章总体电路设方案……………………………………………………6
2.1正弦波发生电路的工作原理…………………………………6
2.2正弦波转换方波电路的工作原理……………………………9
2.3方波转换成三角波电路的工作原理…………………………11
2.4总电路图………………………………………………………12
第三章单元电路设计…………………………………………………………13
3.1正弦波发生电路的设计………………………………………13
3.2正弦波转换方波电路的设计…………………………………15
3.3方波转换成三角波电路的设计………………………………16
第四章电路仿真……………………………………………………18
4.1电路仿真……………………………………………………18
第五章收获体会……………………………………………………………20
第六章参考文献……………………………………………………………21
附录一……………………………………………………………22
附录二……………………………………………………………23
第一章设计的目的及任务
1.1课程设计的目的:
1.掌握电子系统的一般设计方法
2.掌握模拟IC器件的应用
3.培养综合应用所学知识来指导实践的能力
4.掌握常用元器件的识别和测试
5.熟悉常用仪表,了解电路调试的基本方法
1.2课程设计任务与要求:
1.设计一个能产生正弦波、方波、三角波信号发生器,
2能同时输出一定频率一定幅度的3种波形:
正弦波、和三角波;
3可以用±
12V或±
15V直流稳压电源供电;
1.3课程设计的技术指标:
1.设计、组装、调试函数发生器
2.输出波形:
正弦波、方波、三角波;
3.频率范围:
在0.02Hz-20kHZ范围内可调;
4.输出电压:
方波幅值为2V,三角波幅值为2V,正弦波峰峰值为2V,占空比可调。
第二章总体电路设方案
2.1正弦波发生电路的工作原理:
产生正弦振荡的条件:
正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波,我们一般在放大电路中引入正反馈,并创造条件,使其产生稳定可靠的振荡。
正弦波产生电路的基本结构是:
引入正反馈的反馈网络和放大电路。
其中:
接入正反馈是产生振荡的首要条件,它又被称为相位条件;
产生振荡必须满足幅度条件;
要保证输出波形为单一频率的正弦波,必须具有选频特性;
同时它还应具有稳幅特性。
因此,正弦波产生电路一般包括:
放大电路;
反馈网络;
选频网络;
稳幅电路个部分。
正弦波振荡电路的组成判断及分类:
(1)放大电路:
保证电路能够有从起振到动态平衡的过程,电路获得一定幅值的输出值,实现自由控制。
(2)选频网络:
确定电路的振荡频率,是电路产生单一频率的振荡,即保证电路产生正弦波振荡。
(3)正反馈网络:
引入正反馈,使放大电路的输入信号等于其反馈信号。
(4)稳幅环节:
也就是非线性环节,作用是输出信号幅值稳定。
判断电路是否振荡。
方法是:
(1)是否满足相位条件,即电路是否是正反馈,只有满足相位条件才可能产生振荡
(2)放大电路的结构是否合理,有无放大能力,静态工作是否合适;
(3)是否满足幅度条件
正弦波振荡电路检验,若:
(1)则不可能振荡;
(2)振荡,但输出波形明显失真;
(3)产生振荡。
振荡稳定后。
此种情况起振容易,振荡稳定,输出波形的失真小
分类:
按选频网络的元件类型,把正先振荡电路分为:
RC正弦波振荡电路;
LC正弦波振荡电路;
石英晶体正弦波振荡电路。
RC正弦波振荡电路:
常见的RC正弦波振荡电路是RC串并联式正弦波振荡电路,它又被称为文氏桥正弦波振荡电路。
串并联网络在此作为选频和反馈网络。
它的电路图如图
(1)所示:
它的起振条件为:
。
它的振荡频率为:
它主要用于低频振荡。
要想产生更高频率的正弦信号,一般采用LC正弦波振荡电路。
石英振荡器的特点是其振荡频率特别稳定,它常用于振荡频率高度稳定的的场合。
图
(1)
2.2正弦波转换方波电路的工作原理:
在单限比较器中,输入电压在阀值电压附近的任何微小变化,都将引起输出电压的跃变,不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。
因此,虽然单限比较器很灵敏,但是抗干扰能力差。
而滞回比较器具有滞回特性,即具有惯性,因此也就具有一定的抗干扰能力。
从反向输入端输人的滞回比较器电路如图1a所示,滞回比较器电路中引人了正反馈。
从集成运放输出端的限幅电路可以看出,UO=±
UZ。
集成运放反相输人端电位UP=UI同相输入端电位
令UN=UP求出的uI就是阀值电压,因此得出
输出电压在输人电压u,等于阀值电压时是如何变化的呢?
假设ui<
-UT,那么UN一定小于up,因而UO=+UZ,所以up=+UYO。
只有当输人电压ui增大到+UT,再增大一个无穷小量时,输出电压UO才会从+UT跃变为-UT。
同理,假设UI>
+UT,那么UN一定大于up,因而UO=-UZ,所以up=-UT。
只有当输人电压UI减小到-UT,再减小一个无穷小量时,输出电压UO才会从-UT跃变为+UT。
可见,UO从+UT跃变为-UT和从-UT跃变为+UT的阀值电压是不同的,电压传输特性如图b)所不。
从电压传输特性上可以看出,当-UT<uI<+UT时,UO可能是-UT,也可能是+UT。
如果uI是从小于-UT,的值逐渐增大到-UT<
uI<
+UT,那么UO应为+UT;
如果uI从大于+UT的值逐渐减小到-UT<
+UT,那么应为-UT。
曲线具有方向性,如图b)所示。
实际上,由于集成运放的开环差模增益不是无穷大,只有当它的差模输人电压足够大时,输出电压UO才为±
UO在从+UT变为-UT或从-UT变为+UT的过程中,随着uI的变化,将经过线性区,并需要一定的时间。
滞回比较器中引人了正反馈,加快了UO的转换速度。
例如,当UO=+UZ、uP=+UT时,只要uI略大于+UT足以引起UO的下降,即会产生如下的正反馈过程:
UO的下降导致uP下降,而UP的下降又使得UO进一步下降,反馈的结果使UO迅速变为-UT,从而获得较为理想的电压传输特性。
本电路中该电路的作用是将正弦信号转变成方波信号,其传输特性曲线如下图所示:
正弦波传输特性
2.3方波转换成三角波电路的工作原理:
当输入信号为方波时,其输出信号为三角波,电路波形图如下:
2.4总电路图
第三章单元电路设计
3.1正弦波发生电路的设计
本电路中采用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波,其电路图如下所示
RC桥式正弦振荡电路
该电路Rf回路串联两个并联的二极管,如上图所示串联了两个并联的1BH62,这样利用电流增大时二极管动态电阻减小、电流减小时动态电阻增大的特点,加入非线性环节,从而使输出电压稳定。
此时输出电压系数为
Au=1+(Rf+rd)/R1
RC振荡的频率为:
f0=1/(2∏RC)
该电路中R=51KC=10nF
f0=1/(2*3.14*51000*10-8)≈312Hz
T=1/f0=1/312=3.2*10-3S=3.2ms
用Multisim10.0对电路进行仿真得到下图
仿真波形
从图中可得出产生的正弦波最大值Umax=13.000V;
T=799.220us×
4=3196.88us≈3.2ms.
F0=1/T=312Hz.
仿真得出的数据与理论计算一样,电路正确。
3.2正弦波转换方波电路的设计
本电路中采用滞回电压比较器将正弦波转成方波,其电路原理如下图所示
滞回电压比较器电路原理图
滞回电压比较器原理前面有描述,此处不赘述。
本电路中用到的稳压管为1N5759A,其稳压电压为±
1.7V
电路中阈值电压为:
UT1=UREF-UZ
UT2=UREF+UZ
本电路中UREF=0,所以
UT1=-UZ
UT2=UZ
用Multisim10.0对其进行仿真得到如下波形图
波形仿真:
从波形中可以得到方波电压为±
0.35V,与理论一样,可得出电路是正确的。
3.3方波转换成三角波电路的设计
本电路中方波转成三角波采用积分电路,其电路原理如下图所示
积分电路图
积分电路分工为:
U0=-+u0(t1)
电路仿真如下图所示
第四章电路仿真
4.1电路仿真
电路总体仿真图如下所示
总电路图如下所示
该电路分为三部分,第一部分为RC桥式正弦振荡电路,其功能是利用RC振荡产生特定频率的正弦波;
第二部分为电压比较器电路,其功能为将正弦波转成方波;
第三部分为积分电路,其功能为利用积分电路将方波转成三角波;
在正弦波产生电路中f=1/(2∏RC),改变RC的值可以改变电路的信号频率,在电压比较器中,改变参考电压UREF的值可以改变方波的比例,
第五章收获体会
在确定了电路、领好元器件之后,首先对电路进行了布局。
采是的方法是逐一焊接电路。
首先选择一个波形电路来焊接,在焊接完电路后并检查完一些焊接
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