设计制作一个产生正弦波方波三角波函数转换器Word文档下载推荐.docx
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方案一
1、直流电源部分
电路图如图1所示
图1直流电源
2、波形产生部分
正、反积分时间常数可调的积分电路
方案一:
LC正弦波振荡电路与RC桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相似的,只是选频网络采用LC电路。
在LC振荡电路中,当f=f0时,放大电路的放大倍数数值最大,而其余频率的信号均被衰减到零;
引入正反馈后,使反馈电压作为放大电路的输入电压,以维持输出电压,从而形成正弦波振荡。
方案二
1、直流电源部分同上
2、电路图如图2所示
图2正弦波—方波—三角波函数转换电路
方案论证
LC正弦波振荡电路特别是方案一所采取的电感反馈式振荡电路中N1与N2之间耦合紧密,振幅大;
当C采用可变电容时,可以获得调节范围较宽的振荡频率,最高频率可达几十兆赫兹。
由于反馈电压取自电感,对高频信号具有较大的电抗,输出电压波形中常含有高次谐波。
因此,电感反馈式振荡电路常用在对波形要求不高的设备之中,如高频加热器、接受机的本机振荡电路等。
另外由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高,所以放大电路多采用分立元件电路,必要时还应采用共基电路。
因此对于器材的选择及焊接的要求提高了。
相反,RC正弦波振荡电路的振荡频率较低,一般在1MHz以下,它是以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络,以电压串联负反馈放大电路为放大环节,具有振荡频率稳定,带负载能力强,输出电压失真小等优点,因此获得相当广泛的应用。
另外对于器材的要求也不高,都是写常见的的集成块、电容、电位器等。
在布局方面,简单,清晰!
综合对比两种方案,我选择第二种方案。
三、单元电路设计与参数计算
1、直流电源
(1)、整流电路
设变压器副边电压U2=
U2为其有效值。
则:
输出电压的平均值
输出电流的平均值
IO(AV)=0.9U2/RL
脉动系数
S=
=2/3=0.67
二极管的选择
最大镇流电流IF>
1.1
最高反向工作电压URM>
(2)、滤波电路
UO(AV)=
U2(1-T/4RLC)
当RLC=(3~5)T/2时,UO(AV)=1.2U2
脉动系数为
S=
滤波后的电压:
(3)、稳压电路
在稳压二极管所组成的稳压电路中,利用稳压管所起的电流调节作用,通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿,来达到稳压的目的。
限流电阻R是必不可少的元件,它既限制稳压管中的电流使其正常工作,又与稳压管相配合以达到稳压的目的。
一般情况下,在电路中如果有稳压管存在,就必然有与之匹配的限流电阻。
1)稳压电路输入电压UI的选择:
根据经验,一般选取UI=(2~3)UO
UI确定后,就可以根据此值选择整流滤波电路的元件参数。
2)稳压管的选择:
UZ=UO;
IZmax-IZmin>
ILmax-ILmin;
稳压管最大稳定电流IZM>
=ILmax+ILmin
3)限流电阻R的选择:
通过查手册可知:
IZMIN<
=IDZ<
=IZMAX;
计算可知:
=(UImin-UZ)/(IZ+ILmax)
Rmin=(UImax-UZ)/(IZM+ILmin)
其中变压器用220V~15V规格的选的三端稳压器为:
LM7812、LM7912,整流用的二极管可用1N4007,电解电容用3300ufC7与C8可用220Uf电容C3与C3可用0.3322UfC5与C6可用0.1uF,发光二极管上的R用1KΩ。
2、波形转换部分
(1)、RC正弦波振荡电路的参数设计
RC正弦波振荡电路图如图3所示
令R2=R’=R
图3RC正弦波振荡电路
F=Uf\Uo=
整理可得F=
令W。
=1/RC,则f。
=1/2ПRC,
根据起振条件和幅值平衡条件Au=U。
/Up=1+Rf/R1≥3,整理得:
Rf≥2R1
因为输出波形频率范围为0.02KHz-20KHz,取C=0.22Uf,故R=(0.02K-3.6K),用5K的电位器去调,且正弦波的幅值为2V,故R1用10K的电位器,Rf用50K的电位器。
正弦波发生器仿真电路图如图4所示
图4RC正弦波振荡电路的仿真电路图
正弦波——方波转换器实验原理如图5所示
图5正弦波—方波转换器实验原理方框图
滞回比较器如图6所示,其电压传输特性如图7所示
图6滞回比较器图7电压传输特性
电路组成:
集成运放uA741,R5,R6
图6为一种电压比较器电路,双稳压管用于输出电压限幅,R3起限流作用,R1和R2构成正反馈,运算放大器当Up>
Uc时工作在正饱和区,而当Uc>
Up时工作在负饱和区。
从电路结构可知,当输入电压Uⅰ小于某一负值电压时,输出电压U。
=-UZ;
当输入电压Uⅰ大于某一电压时,uo=+UZ。
又由于“虚断”、“虚短”Up=Uc=0,由此可确定出翻转时的输入电压。
up用ui和uo表示,有
=un=0
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7所示。
设输入电压初始值小于-Uth,此时uo=-UZ;
增大ui,当ui=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ui,当ui=-Uth时,运放则开始进入负饱和区。
由于是正弦波—方波转换电路,输出端加一个限流电阻R7=2K,根据设计要求方波幅值为2V,因此选择的稳压二极管可选用稳压为3.3V的,共两个。
正弦波——方波转换仿真电路图如图8所示
图8正弦波——方波转换仿真电路图
方波——锯齿波转换器实验原理如图9所示
图9方波——锯齿波转换器实验原理
(1)积分运算电路
积分运算电路如图10所示
图10积分运算电路
由于“虚地”,U-=0,故:
Uo=-Uc
由于“虚断”,i1=iC,故:
Ui=i1R=icR
得:
;
τ=RC(积分时间常数)
由上式可知,利用积分电路可以实现方波——三角波的波形变换。
(2)占空比可调电路
方波—三角波转换电路的仿真图如图11所示
图11方波—三角波转换电路的仿真图
由于是方波—三角波波转换电路,因此在第二个集成块的输出端加上个限流阻R5=2K,根据设计要求三角波的峰—峰值为2V,且占空比可调。
Uo=-
Uz(t1-t0)+UO(t0)当Uo=
Uz(t2-t1)+UO(t1)
T=
取R9、R5为10K的电位器,R8为50K电位器。
解之可得:
R6=282/T=282f=0.0968K~9.68K,因此取R6=10K,积分电路中C=220nf,改变占空比的二极管可选用2个1N4007,补偿电阻R12可选取10K,以保证集成运放输入级差分放大电路的对称性。
四、总原理图及元器件清单
1、总原理图
(1)、直流电流如图12所示
图12直流电源
(2)、正弦波—方波—三角波函数转换电路如图13所示
图13正弦波—方波—三角波函数转换电路
3、元件清单
元件清单如表1所示
元件序号
型号
主要参数
数量
备注(价钱)
变压器
15V
1
9元
三端稳压器
LM7812
1.2元
LM7912
电阻
68Ω、2K、10K
15K、1K
3、1、3
1、2
0.1元
芯片
Ua741
3
1.5元
电位器
5K、50K
2、1
0.5元
10K
4
电容
0.22uf
二极管
1N4007
8
发光二极管
5
0.3元
稳压管
3.3V
2
0.25元
大号焊接板
2.0元
大电容
耐压35V以上
3300uf、220uf
2、2
小电容
0.1uf、0.33uf
导线
3元
表1元件清单
5、安装与调试
1、直流稳压电源
(1)、按所设计得电路图在电路板上做好布局,准备焊接电路板。
(2)、用万用表测得输出为+11.9V和-12.1V,与理论值有一定的误差;
并且测出7812、7912输入与输出的压差分别为+9.2和-9.2,并记录。
2、正弦波、方波、三角波波形转换
(1)、按照设计好的电路图正确地布局好电路,焊接电路板.
(2)、经“起振”调试后用示波器可测得各输出端的波形,并记录。
(3)、用示波器读出格数,计算峰—峰值;
然后用数字毫伏表读出其有效值,并记录。
(4)、调节各个电位器,用函数发生器的输入端测出各个波形的频率范围,并记录。
6、性能测试与分析
1、直流电源部分
输出:
+11.9V,-12.1V。
稳压块电势差:
LM7812为9.2V,LM7912为9.2V。
误差分析:
LM7812端的输出:
(11.9-12)/12
100%=0.83%。
LM7912端的输出:
(12.1-12)/12
2、波形转换部分
经“起振”调试后用示波器可测得各输出端的波形,并记录。
用示波器读出格数,计算峰—峰值;
调节各个电位器,用函数发生器的输入端测出各个波形的频率范围,并记录。
数据记录:
(1)、正弦波(幅值可调、频率可调)
峰-峰值:
Up-p=2
2=4V有效值为:
U=4/2
=1.41V
频率调节范围为:
187.6HZ—12.67KHZ
相对误差:
(1.4144-1.41)/1.41
100%=0.31%
(2)、方波
Up-p=2.5
2V=5V有效值为:
U=5/2
=1.768V
相对误差:
|2.5-2|/2
100%=25%
(3)、三角波
2V=4V有效值为:
=1.414V
|2-2|/2
100%=0
1、电路参数选择不合理
2、焊电路板的时候,焊点时间太长了,影响了器件的阻值
3、焊点不紧凑
4、直流电源输出的信号不是标准的±
12V
5、读数时未正视
6、电位器太多了,不便于调节
七.结论与心得
实验结果:
1、若正弦波失真,可调电位器R1,若不能稳幅,则调电位器Rf。
2、调节电位器的滑动端可以改变占空比。
3、调节RC串并联网络的电位器可改变正弦波的频率。
心得:
这次的课程设计的方案很快就出来了,可是,由于电位器太多了,特别不好调试。
调了一天才终于调试出来,虽然久,但是心里还是有一点的成就感,因为从小就对电有种恐惧感。
这次的课程设计我学到了很多,不仅仅是课内的知识,比如,我们必须将所学的理论知识同客观实际相结合,才能真正的学好!
而且,团队合作在试验中有着举足轻重的重要。
8、参考文献
1、《模拟电子技术基础》第四版童诗白与华成英主编,高等教育出版社.(2006);
2、《电子线路设计、实验、测试》(第二版)谢自美主编,华中理工大学出版社;
3、《模拟电子技术》王港元主编,机械工业出版社.(1994)
4、《电子技术基础》(模拟部分)康华光主编,高等教育出版社.(1999)。
5、《电子技术实验与课程设计》毕满清主编,机械工业出版社,2006
6、《电子线路线性部分(第四版)》谢嘉奎主编高等教育出版社,1999
7、《电子实验与课程设计》——赣南师范学院物理与电子信息学院
.
物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表
专业:
电子信息工程班级:
电信本学号:
46姓名:
课题名称
设计任务与要求
①?
②?
2V,;
③?
④?
锯齿波峰-峰值为2V,占空比可调;
⑤?
用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源(±
设计报告成绩
评分标准:
有合理的方案设计和论证、电路参数的计算、总原理图和清单。
(0-20分)
电路板制作、调试规范,有详细制作和调试过程。
(0-10分)
电路板测试合理,对性能指标测试数据完整,正确;
进行数据处理规范,进行了误差计算和误差分析。
(0-15分)
对课程设计进行了总结,有体会,并能提出设计的改进、建设性意见。
(0-5分)
设计报告成绩:
电子
作品成绩
电路正确,能完成设计要求提出的基本功能。
(0-30分)
电路板焊接工艺规范,焊点均匀,布局合理。
(其中直流电源部分占20%,功能部分80%)
电子作品成绩:
课程设计成绩
总成绩:
1月5日
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