《模擬電子》課設(shè)--正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路資料

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1、模擬電子技術(shù) 課程設(shè)計報告 課程設(shè)計報告 1．設(shè)計課題 設(shè)計正弦波 -方波 -三角波產(chǎn)生電路 2．課程設(shè)計目的 《模擬電子技術(shù)課程設(shè)計》 是學(xué)習(xí)理論課程之后的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。 目的是通 過解決實際問題來鞏固和加深在 《模擬電子技術(shù)》 課程中所學(xué)的理論知識和實驗 技能。設(shè)計訓(xùn)練學(xué)生綜合運用學(xué)過的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識，并去完成查找資料， 選 擇、論證方案，設(shè)計電路，安裝調(diào)試，分析結(jié)果，撰寫報告等工作。使學(xué)生初步 掌握模擬電子電路設(shè)計的一般方法步驟，通過理論聯(lián)系實際提高和培養(yǎng)學(xué)生分 析、解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)后的 工作打下一定的基礎(chǔ)。本實驗用 Multi

2、sim 軟件完成正弦波 - 方波- 三角波產(chǎn)生電 路的設(shè)計。 3．系統(tǒng)知識介紹 函數(shù)信號發(fā)生器根據(jù)用途不同， 有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器， 其電 路中使用的器件可以是分離器件，也可以是集成器件，產(chǎn)生方波、正弦波、三角 波的方案有多種。如先運用 RC 橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，根據(jù)周期性的 非正弦波與正弦波所呈的某種確定的函數(shù)關(guān)系， 再通過滯回比較器將正弦波轉(zhuǎn)化 為方波，最后經(jīng)過積分電路后將其變?yōu)槿遣ā? 4．電路方案與系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)計 （1）電路系統(tǒng)設(shè)計 本次設(shè)計采用 RC 橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波， 此電路的振蕩頻率較低， 一般在 1MHz 以下，基本符合本設(shè)計的參數(shù)要

3、求， 它是以 RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為選頻 網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)， 以電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路為放大環(huán)節(jié)，以二極管結(jié)合電阻構(gòu) 成穩(wěn)幅電路，具有振蕩頻率穩(wěn)定，帶負(fù)載能力強，輸出電壓失真小等優(yōu)點。 通過滯回比較器將正弦波轉(zhuǎn)化為方波，采用雙穩(wěn)壓二極管用于輸出電壓的限 幅，后通過電壓跟隨器提高帶負(fù)載能力。 最后通過一個積分電路將正弦波轉(zhuǎn)化為三角波， 采用兩個電容分別滿足低頻 與高頻的要求，在最大程度上減小三角波的失真度。 （2）電路功能框圖 本次設(shè)計采用RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，然后通過滯回比較器將 正波轉(zhuǎn)化為方波，最后通過一個積分電路將正弦波轉(zhuǎn)化為三角波， 其具體功能框 圖如圖（1）所示：

4、 圖（1）電路功能框圖 （3）元器件與參數(shù)設(shè)計 整體電路采用型號為 THS4501CD的高速全差分運算放大器，工作電壓為 +/-15V，正弦波的穩(wěn)壓采用型號為 1N4148的二極管，方波的穩(wěn)幅采用型號為 ZPD5.1的穩(wěn)壓二極管。其他可變與定值電阻、電容詳見元器件清單表。 ① 正弦波—— RC橋式正弦波振蕩電路（如圖（2）所示） 圖（2） RC橋式正弦波振蕩電路 參數(shù)設(shè)定 1. RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)， 由圖（2）中RC的值，來確定此選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率 = 1.59KHz 1_ 1 2 二 RC 2 3.14 104 10》 在正弦波調(diào)頻的過程中，

5、只需要改變電阻R與電容C的大小，就可以改變正 弦波的頻率，實現(xiàn)頻率從100HZ~20KH范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，在整體電路設(shè)計中均采 取可變器件實現(xiàn)了這一要求。 2.確定 R和R（在圖（2）中R=R+R+Rrd//R 1的值） 由振蕩的振幅條件可知，要使電路起振， R應(yīng)略大于2R,通常取R=2.1R3。 以保證電路能起振和減小波形失真。 取標(biāo)稱值：R 3=1.1k ",所以:Rf=2.1Ra=2.31^1. 為了達(dá)到最好效果，Rf與F3的值還需通過實驗調(diào)整后確定。 3 .確定穩(wěn)幅電路及其元件值 穩(wěn)幅電路由R1和兩個接法相反的二極管D、D2并聯(lián)而成，如圖⑵ 所示。穩(wěn)幅二極管D、D2應(yīng)選用

6、溫度穩(wěn)定性較高的硅管。 當(dāng)通過電流不同時，二極管的動 態(tài)電阻不同，引入非線性環(huán)節(jié)，從而穩(wěn)定輸出電壓。而且二極管 D、D2的特性必 須一致，以保證輸出波形的正負(fù)半周對稱。 通過微調(diào)R的阻值，實現(xiàn)電壓的微調(diào)，使幅值穩(wěn)定在 6V。 4 . Ri的確定 由于二極管的非線性會引起波形失真， 因此，為了減小非線性失真，可在二 極管的兩端并上一個阻值與rd （rd為二極管導(dǎo)通時的動態(tài)電阻）相近的電阻 Ri, （R —般取幾千歐，在本例中取 R=1S。）然后再經(jīng)過實驗調(diào)整，以達(dá)到最好效 果。 ② 正弦波轉(zhuǎn)化為方波一一滯回比較器（如圖（3）所示） VCC U3 R7 10k Q 15V i

7、 4 R10 —4 ?，… 5k Q 5 2 THS4501CD R15 10k Q -15V VEE 110k Q D5 ZPD5.1 D3 ZPD5.1 圖（3）滯回比較器 圖（3）為滯回比較器電路，雙穩(wěn)壓管用于輸出電壓限幅，輸出電壓要求為 6V，通過改變穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓。 R7起限流作用，本設(shè)計采取 10K Q，R9 和R10構(gòu)成正反饋，運算放大器當(dāng)Up>Un時工作在正飽和區(qū)，而當(dāng)Un>Up時工作在 負(fù)飽和區(qū)。從電路結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)輸入電壓 Ui小于某一負(fù)值電壓時，輸出電壓 Uo= -Uz；當(dāng)輸入電壓Ui大于某一電壓時，Uo= +Uz。又由于“虛斷”、

8、“虛短” Up=Un=0, 由此可確定出翻轉(zhuǎn)時的輸入電壓。Up用Ui和Uo表示，有 Up 1 . 1 ui Uo R，1 R2 丄?丄 R25 Ru。 R1 R2 R1 R2 得此時的輸入電壓 Ui R R2 Uo 二 mU th 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)輸入 電壓初始值小于-Uth，此時Uo= -Uz ；增大U,當(dāng)Ui=Uth時，運放輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)， 進(jìn)入正飽和區(qū)。如果初始時刻運放工作在正飽和區(qū)，減小 Ui，當(dāng)Ui= -Uth時，運 放則開始進(jìn)入負(fù)飽和區(qū)。 Uz 1 1 J ' Uin -Ut

9、h] 0 i i i Uth 「 -Uz 圖（4）滯回電壓比較器的直流傳遞特性 ③ 方波轉(zhuǎn)化為三角波 積分電路（如圖（5）所示）  圖中，先接入一個電壓跟隨器，提高其帶負(fù)載能力，后連接積分電路，同相 輸入端接地，連入一 10kQ的電阻，平衡電路。電阻 Rii和R14為改變?nèi)遣ǖ?幅值，其阻值根據(jù)仿真結(jié)果具體調(diào)整。 Ri2為限流電阻由于輸入端不取電流，同 相端電位為零，反相端虛地，流過電容的電流與流過電阻的電流相等經(jīng)計算可知 當(dāng)輸入方波時輸出為三角波。 三角波的幅值： vi ic = iR =- R 1 1 vo icdt vidt C RC

10、 L Uom Vc R1C1 考慮到要求輸出波形的頻率要求，因此通過開關(guān)選擇不同的電容值， C5為 低頻，C6為高頻。 （4）電路圖與器材清單表 整體設(shè)計電路圖（如圖（6）所示）  器材清單表 器件名稱 型號（參數(shù)） 數(shù)量（個） 運算放大器 THS4501CD 4 二極管 IN4148 2 穩(wěn)壓二極管 ZPD5.6 2 開關(guān) Key=Space 1 可變電容 100 nF 2 電容 1nF、13nF、1.1 卩 F 2/1/1 電位器 12kQ、2.5kQ、50kQ 2/1/1/1 電位器 100Q 1 電阻

11、10kQ 4 電阻 1kQ、1.1kQ、1.8kQ 1/1/1 電阻 6kQ、5kQ、100kQ 2/1/1 （5）電路仿真 輸出波形頻率: 脅氐率計^XFC3 周期 測里 上 ft/TFf 耦臺 觸發(fā)電平 la 廠緩變信號 DC 16  正弦波: 停示渡器-XSC1 正弦波的頻率在 6V。 100HZ~20KHZ范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；正弦波的輸出信號幅值為 巒失真分^f-XDAl 正弦波失真度 三5% 方波： 帶示液器-XSC1 方波的頻率在100HZ~20KH范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；方波的輸出信號幅值為

12、6V。 三角波： 爺 ^iSS-XSCl . 狂 通道丿 通道」 通道R 時間 刪H70 ms 通道式 ■3.052V 比例(500 us/Div 比例麗伽 xfcS [o M靖 [o.a [y/T A/B| A4B) ac| 0 Ifoc" - I 「 T2<1 邊沿孑丄|外部「 電平 [o [V~ 正刻標(biāo)淮I自動際巧外部1 三角波的頻率在100HZ~20KH范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；三角波輸出信號幅值為0~2V 連續(xù)可調(diào)。 整體仿真波形： 5 ?設(shè)計總結(jié) (1) 在本次設(shè)計中，整體的分工情況如下： 孫強、張晨：整體方案的設(shè)計 張

13、晨：負(fù)責(zé)資料的收集與整理以及報告分析、總結(jié)等撰寫 孫強：負(fù)責(zé)仿真及報告中電路設(shè)計部分的撰寫 在整個設(shè)計過程中，遇到問題共同分析解決，理論結(jié)合實際，最后完成的本 次設(shè)計任務(wù)。 在分析，查閱相關(guān)資料后，形成了一下幾種設(shè)計方案：方案一：首先產(chǎn)生方 波和三角波，然后運用差分放大電路將三角波產(chǎn)生正弦波；方案二： 運用集成芯 片ICL8038結(jié)合外部電路產(chǎn)生正弦波、方波和三角波；方案三：運用 RC橋式正 弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，再通過滯回比較器將正弦波轉(zhuǎn)化為方波， 最后經(jīng)過積 分電路后將其變?yōu)槿遣ā? 對于方案一，考慮到對于差分放大電路的電路圖比較復(fù)雜，并且一旦三角波 失真度高，會導(dǎo)致正弦波失真

14、，無法滿足題目要求。對于方案二，雖然其失真度 易于實現(xiàn)，可在調(diào)節(jié)頻率時沒有滿足要求，其基本電路圖如圖（ 7）所示，因此 本設(shè)計采用方案三，唯一的不足在于三角波波形不穩(wěn)定。 圖（7）ICL8038及其外圍電路 （2） 運用multisim仿真軟件，從電路圖的設(shè)計、實現(xiàn)、仿真到實驗報告，我們 都有自己的努力，在這短短的幾天內(nèi)， 從課本理論知識到實際的理解， 從題目中 的簡單計算到設(shè)計運用中的精心推敲，我們把模電知識的學(xué)習(xí)上升了一個層次， 真正賦予了這門課程實際意義與價值。我們充分認(rèn)識到理論結(jié)合實際的重要性， 在設(shè)計過程中，我們依然會遇到一些難題，這暴露了我們理論知識掌握不夠全面 的

15、弱點。于是，遇到難題的時候，我們及時回歸理論，向書本和網(wǎng)絡(luò)求教，這種 互為補充的過程幫助我們發(fā)現(xiàn)不足， 完善自己的只是構(gòu)架，體現(xiàn)了理論與實踐并 行的意義。希望這次設(shè)計實踐是一次全新的開始，我們可以在此基礎(chǔ)上提高創(chuàng)新 意識，發(fā)散創(chuàng)新思維，在專業(yè)方面做得更好！ （3） 進(jìn)度與時間：2014年12月25日~2014年12月31日 （4） 本次設(shè)計中存在一點不足：產(chǎn)生三角波的波形不穩(wěn)定。由于積分電路中電 容的選取問題，導(dǎo)致三角波波形不穩(wěn)定，本設(shè)計有待完善， 。 6．主要參考文獻(xiàn) [1] 康華光 .電子技術(shù)基礎(chǔ)—模擬部分 .北京 :高等教育出版社 ,2013.12 設(shè)計及仿真報告 設(shè)計名稱

16、： 設(shè)計正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路 一、 課程設(shè)計的目的 《模擬電子技術(shù)課程設(shè)計》是學(xué)習(xí)理論課程之后的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。目的是通 過解決實際問題來鞏固和加深在 《模擬電子技術(shù)》課程中所學(xué)的理論知識和實驗 技能。設(shè)計訓(xùn)練學(xué)生綜合運用學(xué)過的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識，并去完成查找資料， 選 擇、論證方案，設(shè)計電路，安裝調(diào)試，分析結(jié)果，撰寫報告等工作。使學(xué)生初步 掌握模擬電子電路設(shè)計的一般方法步驟，通過理論聯(lián)系實際提高和培養(yǎng)學(xué)生分 析、解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力， 為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)后的 工作打下一定的基礎(chǔ)。本實驗用 Multisim 軟件完成正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電 路的設(shè)計。 設(shè)計

17、所用儀器設(shè)備（包括仿真用的設(shè)備） 器材清單表: 器件名稱 型號（參數(shù)） 數(shù)量（個） 運算放大器 THS4501CD 4 二極管 IN4148 2 穩(wěn)壓二極管 ZPD5.6 2 開關(guān) Key=Space 1 可變電容 100 nF 2 電容 1nF、13nF、1.1 卩 F 2/1/1 電位器 12kQ、2.5kQ、50kQ 2/1/1 電位器 100Q 1  電阻 10kQ 4 電阻 1kQ、1.1kQ、1.8kQ 1/1/1 電阻 6kQ、5kQ、100kQ 2/1/1 四綜示波器 一 一一 1 失真分析儀

18、 1 萬用表 3 頻率計 3 三、設(shè)計所用電路 XDA1 THD R1 □□□ * 1kQ I— R16 100 Q 50% D1 f 1N41D9 Key二A VEE [-15V 1N4149 U4 R2 1.8k Q R3 1.1k THS4501CD 15V VCC C1 1rC3 6k Q R4 12k Q XSC1 VCC 15V U5 VCC 15V U3 ■15V 5k Q Key = Space THS4501CD VEE -15V Key=A R7 10k Q D3

19、ZPD5.1 R11 2.5k Q 50% 1.1uF C5 R12 10k Q 卄 13nF R14 50k Q 50% VEE ——-15V R9 Q. THS4501CD VDD C6 Key=A 50% 100 nF 50% Key=A 10k Q 110k Q D5 ZPD5.1 Key=A R6 6k Q C2 Key=A R8 12k Q 50% C4 ■聲 100 nF 孑 Key二A 50% XMM1 XFC3 XMM2 XFC2 U1 10k THS450 VCC XMM3 XFC1 R1

20、3 15V CD 四、設(shè)計仿真結(jié)果 整體仿真波形: S3 五、討論 1、 設(shè)計中發(fā)生的問題 A. 在確定設(shè)計方案時，需要考慮周全，一旦確定方案就不要更 改，對于方案中遇到的問題要仔細(xì)考慮， 尋求方法解決，切 不可遇到問題就更改方案，從而未能完成設(shè)計要求，并且造 成時間上的浪費。 B. 在調(diào)節(jié)正弦波波形時，需要仔細(xì)調(diào)節(jié)阻值，一方面需要使其 產(chǎn)生自激振蕩，又不能使其失真太過嚴(yán)重，因此調(diào)節(jié)阻值需 要慢慢調(diào)節(jié)。 C. 在之前調(diào)整波形的失真度時，用失真分析儀測得的失真度特 別大，后來才知道是因為使用方法不當(dāng)造成的， 所以在使用 之間要仔細(xì)了解其使用方法，一面造成錯誤。 2、 建議或其它 完成本次設(shè)計的方案比較靈活，比如運用 555 定時器、 ICL8038等集成電路，或者運用RC橋式振蕩電路等運算放大器的 電路都可以實現(xiàn)本次設(shè)計的任務(wù)，因此，在選取設(shè)計方案的時候 難度較大，因此需要平衡方案的實施難度與電路本身的性能指標(biāo) 之間的關(guān)系， 雖然我們可以自由選擇方案， 但是由于自身的不足， 很難很好的做出取舍。如果對于方案的利弊有了一定的認(rèn)識，那 么我相信本次設(shè)計的結(jié)果一定會更好。