多波形发生器.docx
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多波形发生器
五邑大学信息工程学院
课程设计报告
课程名称:
低频电子线路设计
专业:
通信工程
班级:
AP08054
学号:
姓名:
指导教师:
设计时间:
评定成绩:
设计课题题目:
______多波形信号发生器______________
一、设计任务与要求
1.任务:
设计制作一个能输出正弦波、锯齿波、矩形波的信号发生器;
2.要求:
(1)输出频率调节范围:
100Hz~100kHz;
(2)输出电压调节范围:
正弦波有效值Vo=(0~5)V,锯齿波、矩形波峰峰值Vopp=(0~10)V;
(3)在负载电阻上的电压峰-峰值Vopp≥6V;
(4)矩形波占空比调节范围:
10%~90%;
(5)锯齿波上升和下降的时间比调节范围:
10%~90%;
(6)*供电电源电压:
220V/50Hz。
(可选)
二、课题分析与方案选择
根据实验要求,要产生频率和幅度可调的正弦波、矩形、锯齿波,给定LM324集成运放为核心器件,选用RC振荡器来产生低频信号,并利用运算放大器构成反馈振荡、滞回比较器、积分器来实现实验要求。
方案一、首先通过RC正弦波产生电路及选频网络产生频率可调的正弦信号,然后通过电压比较器将正弦信号转换成同频率的方波信号、通过积分器将方波信号转换成同频率的锯齿波,最后,接调幅网络后即可输出幅度、频率可调的正弦、方波、锯齿波信号。
根据实验要求输出频率要求调节范围是100Hz~100kHz,正弦波有效值Vo=(0~5)V,锯齿波、矩形波峰峰值Vopp=(0~10)V;由于矩形波是将正弦波信号转化,而在频率较高的情况下,正弦波的调试会给后级带来影响,可能导致失真或者达不到要求的范围,综合考虑,不选用方案一。
方案二、在方案一的基础上做出修改,把正弦波跟矩形波、锯齿波分开,正弦波还是由RC串并联振荡器产生,而矩形、锯齿波则用锯齿波发生器实现,原因是锯齿波就是由矩形波通过积分器的冲放时间改变而成,在最后接到比例运算放大器输出。
经过分析,分成两部分后,操作性和稳定性相对与方案一来说都有所提高,最后通过比例运放也使输出解决带载能力可能不够的问题,因此选用方案二为实验最终方案
三、单元电路分析与设计
1.原理分析
正弦波:
振荡是电路的自激振荡,由直流信号变成正弦信号的过程。
它是由放大、反馈、选频和稳幅环节组成,属于正反馈回路为放大环节。
Rf和RC串并联构成正负反馈,RC串并联也是选频环节,两个1N4007组成稳幅环节。
(原理图见以下仿真电路)
对RC串并联网络,其反馈网络反馈系数为:
可见,当ω=ω0=1/RC或f=f0=1/2πRC时,幅频响应有最大值为Fvmax=1/3,此时的相频响应为
。
在调节R和C的参数时,可实现频率谐振;在频率谐振的过程中,电路不会停止振荡,也不会使输出幅度改变。
因此,该选频网络决定信号发生器的输出信号频率。
对于振荡的建立及稳定过程分析如下:
当ω=ω0=1/RC时,经RC选频网络传输到放同相端的电压Vf与Vo同相,即有φf=0.这样放大电路和由Z1和Z2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统,满足相位平衡条件,则有可能振荡。
若再满足Av=1+Rf/R1略大于3,则能在该网络内形成比较稳定的自激振荡。
矩形波和锯齿波。
主要由滞回比较器的翻转使产生矩形波,再利用积分电路的充放电时间常数不同产生锯齿波。
(原理图见以下仿真电路)
假定刚开始时,滞回比较器输出高电平,即u01=+Uz,且积分电容上的初始电压为0,有u0=-uc=0。
此时u+=u01*R5/(R5+R13)+u0*R3(R5+R13),为高电平。
这时u01=Uz通过D2,RW2向电容C充电,对应时间断为Th,当u0=-uc增长到使u+减少到0,滞回比较器会翻转,输出u01=-Uz。
电容器放电通过D1,RW1,对应的时间是Tl,当u0=-uc增大到0,滞回比较器翻转,u01=Uc.锯齿波幅度为U0m=UZ*R13/R5
TH=(2R13Rw1C)/R5,TL=(2R13Rw2C)/R5
T=TH+TL=(2RwR13C)/R5
2.仿真分析
正弦波输出波形如上图,经过仿真发现输出频率范围是100Hz~50KHz,并且接近到50KHz的时候已开始失真,经分析应该是元器件的限制。
矩形波和锯齿波输出如上图,经仿真发现输出频率可80Hz~5KHz,占空比调节范围可以达到10%~90%,当频率接近5KHz的时候同样出现失真的情况,应该是元器件受限
3.电路设计计算
正弦波部分元件参数计算及选取:
Av=1+Rf/R3>3,取R3=1k,则Rf>3k,取Rf用5k可调电位器即可满足。
f=1/2πRC属于100~100kHz,用三个电容进行分档,选用68pF,680pf,6800Pf,再用取R用250K双联电位器来微调,C取6800pF,R取250K时,f=100Hz,C取68pF,R取25K时满足100KHz。
矩形波和锯齿波部分元件参数计算及选取:
T=TH+TL=(2RwR1C)/R2,R2(即上图R5)取10K,Rw取5K,用两电容和电位器进行调节频率。
电容选用2uF,R1取5K时可达100Hz,电容选,R1取50时能达到100KHz。
四、总原理图及元器件清单
1.总原理图
2.元件清单
序号
型号
主要参数
数量
备注
R1
电阻
200欧
1
R2
电阻
2M
1
R3,R4,R17
电阻
1K
3
R5,R10,R12,R15
电位器
5K
3
R6,R7
电阻
10K
2
R8
电阻
500
1
R9
电阻
50
1
R11
电位器
500
1
R13,R14
电阻
2K
2
R16
电位器
50K
1
R22
电阻
270
1
DoubleR1
双联可调电阻
250K
1
S3,S4,S5,S6,S7,S12
两档三脚开关
6
S1
三档八脚开关
1
D5,D6
稳压管
1N4734
2
D1,D2,D3,D4
二极管
1N4007
4
C1,C5
瓷片电容
68PF
2
C2,C4
瓷片电容
680PF
2
C3,C6
瓷片电容
6800PF
2
C7
瓷片电容
1
C8
电解电容
1
LM324
集成运放
1
五、安装与调试
1.调试过程描述
在接通电源后,用示波器探头接输出端,再分别闭合三个波形输出开关,调节响应的电容电阻都未能观察到波形,为此进行调试。
观察电路板是否有线路短接,利用数字万用表检查各相应的元器件是否接通,查看元器件是否有损坏现象,暂未发现虚焊现象,更换LM324也未能出现波形。
接通电源,利用数字万用表检查各元件上的电压是否有异常情况出现,由输出端往回检查,重点看LM324各脚情况。
在检查过程中发现有一处出现断路的情况,改正后仍未出现波形。
2.实物照片
六、性能测试与分析
由于波形未能调出,不能测试能否达到各项指标,原理图经过仿真没有问题,分析应该是某地方出现断路,或者元件损坏导致。
若按仿真所测出波形的境况来说,并不能满足频率100~100KHz的要求,原因估计是LM324并不能实现如理想状态功能
七、结论与心得
上学期我们学了《模拟电子技术基础》这门课,这门课程属于电子技术理论课程范畴。
正所谓“纸上得来终觉浅,觉知此事要躬行”,学习知识不能仅从理论上掌握它,而更应从实践中去探索研究。
本次课程设计,在设计的开始阶段,我复习了有关运算放大器的内容,让我对多波形发生器的原理有了更深的理解,自学使用仿真软件和复习制作PCB,并且在制作实物中重温了电子实习所学的热转印、焊接等内容。
尽管遗憾的未能调出波形,但这教训了我从事电子行业不能有一丝马虎。
这次低频设计是一次很好的锻炼,对提高我们学以致用的能力是很有帮助的。
八、参考文献
[1]廖惜春.模拟电子技术基础华中科技大学出版社.2008.
[2]余道衡,徐承和.电子电路手册[M]. 北京:
北京大学出版社, 1996
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- 波形 发生器