波形发生器课程设计Word下载.docx
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通过模拟电子技术设计的波形发生器是一个不需要外加输入信号,靠自身振荡产生信号的电路。
2)电路设计:
整体电路由RC振荡电路,反相输入的滞回比较器和积分电路组成。
理由:
a)矩形波电压只有两种状态,不是高电平,就是低电平,所以电压比较器是它的重要组成部分;
b)产生振荡,就是要求输出的两种状态自动地相互转换,所以电路中必须引入反馈;
c)输出状态应按一定的时间间隔交替变化,即产生周期性变化,所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。
RC振荡电路:
即作为延迟环节,又作为反馈电路,通过RC充放电实现输出状态的自动转换。
反相输入的滞回比较器:
矩形波产生的重要组成部分。
积分电路:
将方波变为三角波。
3)整体电路框图:
为实现方波,三角波的输出,先通过RC振荡电路,反相输入的滞回比较器得到方波,方波的输出,是三角波的输入信号。
三角波进入积分电路,得出的波形为所求的三角波。
其电路的整体电路框图如图1所示:
图1
4)单元电路设计及元器件选择
a)方波产生电路
根据本实验的设计电路产生振荡,通过RC电路和滞回比较器时将产生幅值约为12V的方波,因为稳压管选择1N4742A(约12V)。
电压比较电路用于比较模拟输入电压与设定参考电压的大小关系,比较的结果决定输出是高电平还是低电平。
滞回比较器主要用来将信号与零电位进行比较,以决定输出电压。
图3为一种滞回电压比较器电路,双稳压管用于输出电压限幅,R3起限流作用,R2和R1构成正反馈,运算放大器当up>
un时工作在正饱和区,而当un>
up时工作在负饱和区。
从电路结构可知,当输入电压uin小于某一负值电压时,输出电压uo=-UZ;
当输入电压uin大于某一电压时,uo=+UZ。
运算放大器在两个饱和区翻转时up=un=0,由此可确定出翻转时的输入电压。
up用uin和uo表示,有
根据翻转条件,令上式右方为零,得此时的输入电压
Uth称为阈值电压。
滞回电压比较器的直流传递特性如图4所示。
设输入电压初始值小于-Uth,此时uo=-UZ;
增大uin,当uin=Uth时,运放输出状态翻转,进入正饱和区。
如果初始时刻运放工作在正饱和区,减小uin,当uin=-Uth时,运放则开始进入负饱和区。
图3滞回电压比较器
图4滞回电压比较器的直流传递特性
如果给图3所示电路输入三角波电压,其幅值大于Uth,设t=0时,uo=-UZ,其输出波形如图5所示。
可见,输出为方波。
图5输入为三角波时滞回电压比较器的输出波形
b).方波—三角波发生电路
给图3所示的滞回电压比较器级联一积分电路,再将积分器的输出作为比较器的输入,如图6所示。
由于积分电路可将方波变为三角波,而比较器的输入又正好为三角波,因此可定性判断出,图6电路的输出电压uo1为方波,uo2为三角波,如图7所示。
图6方波—三角波发生电路
下面分析其振荡周期。
积分器输出电压从-Uth增加到+Uth所需的时间为振荡周期T的一半,由积分器关系式
或
注意到
,故
振荡频率则为
图7方波—三角波发生电路的输出波形
c)元器件选择
1))通用型集成单运放LM741CN
电路所用的运放选用LM741CN,LM741CN,其特点是电压适应范围较宽,可在±
5~±
18V范围内选用;
具有很高的输入共模、差模电压,电压范围分别为±
15V和±
30V;
内含频率补偿和过载、短路保护电路;
可通过外接电位器进行调零.
2))稳压二极管
双稳压二极管的稳定电压根据方波幅值选取,由设计要求可取12伏特的稳压二极管,本次试验采用的1N4742A稳压二极管。
3))电阻
电阻R4根据双稳压二极管的最大电流确定,此处可取10k,其他电阻分别有10K电阻,120K电阻和25K电阻。
4))电容
电容C根据振荡频率要求确定,本次实验采用的100nF和10nF两种电容。
5))由
式,令R1=25K,为达到所要求的频率,可求得三组值:
当频率为100HZ时,R2=130KR3=130KC=10nF
当频率为1000HZ时,R2=130KR3=130KC=100nF
6))原件功能介绍:
7))原件:
元件
数量
LM741H
2
120K电阻
10K电阻
5
104陶瓷电容
1
25K电阻
103陶瓷电容
1N4742A
单刀双掷开关
锡线
若干
8))系统的电路总图:
4、仿真及仿真结果
仿真是通过Multisim软件进行的。
仿真电路测试过程:
仿真频率为100HZ的方波和三角波的波形图:
(幅值足够)
仿真频率为1000HZ的方波和三角波的波形图:
仿真数据表
三角波U1
方波U2
100HZ峰-峰值/V
25.449
25.382
1000HZ峰-峰值/V
25.442
79.295
设计数据:
方波幅值
输出频率f1
输出频率f2
理论数据
12V
100HZ
1000HZ
仿真数据
12.566V
107HZ
实测数据
11.911V
101HZ
998HZ
6.误差分析:
误差的来源主要有系统误差(固有误差)和偶然误差(随机误差)。
本设计中,器件实际测量参数跟理论参数不吻合是引起误差的最大原因。
如电路中的电阻R,它影响了输出电压的大小,如果R取合适值,三角波和方波输出波形不失真,而R出现少许改变的时候,会使输出电压和输出频率出现很大的误差.
7.总结
本设计作品的优点有如下几点:
一.电路只有一个延迟环节,延迟时间短.二.由于积分电路引入了深度电压负反馈,所以在负载电阻相当大的变化范围里,三角波电压几乎不变.
本设计作品的不足之处主要是:
一.方波输出电压小于2Vcc是因为运放输出极有PNP型两种晶体组成复合互补对称电路输出方波时,两管轮流截止或饮和导通,由于导通时输出电阻的影响,使方波输出度小于电源电压值.二.受运放影响,三角波传输特性区线性度差容易引起失真.
以后可能改进的方案:
在电路上加上保护电路,在三角波输出端加上滤波网络改善输出波形.
8.心得体会:
本次课程设计是在前导验证性认知实验基础上,进行更高层次命题的课程设计,是在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。
通过这次课程设计,我懂得了要完成一个电路的设计,理论基础是根基,实践操作是完成实物的重要部分,而创新能力则决定了一个电路的价值.因为设计一个电路,决不是简单地按课本的电路图进行焊接成型,我们要进行电路各个元件参数的计算,这个涉及我们所掌握的理论知识.元件的计算是设计中较为重要的一部分,计算准了,则设计出来的电路误差不大,否则,设计出来的电路性能指标跟要求相差甚远。
最困难的是当电路出现错误是,如何检测出错误之处,如何排除错误,它考验了我们如何运用理论知识和实际的调试的能力.另外,通过这次课程设计,我掌握了常用元件的识别和测试、熟悉了常用的仪器、了解了电路的连接、焊接方法、巩固了基础、提高了实际操作技能、并养成注重设计、追求创新的思维习惯.总而言之,这次课程设计极大的提高我在电子电路方面的各项能力
9、主要参考书目:
1、陶桓齐,张晓华《模拟电子技术》
2、互联网相关文献
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- 波形 发生器 课程设计