《模擬電子》課設(shè)----正弦波--方波--三角波產(chǎn)生電路

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1、可編輯版 模擬電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 3 / 9 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 1． 設(shè)計(jì)課題 設(shè)計(jì)正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路 2． 課程設(shè)計(jì)目的 《模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)》是學(xué)習(xí)理論課程之后的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。目的是通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題來(lái)鞏固和加深在《模擬電子技術(shù)》課程中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。設(shè)計(jì)訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí),并去完成查找資料,選擇、論證方案,設(shè)計(jì)電路,安裝調(diào)試,分析結(jié)果,撰寫(xiě)報(bào)告等工作。使學(xué)生初步掌握模擬電子電路設(shè)計(jì)的一般方法步驟,通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際提高和培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)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(jì)和畢業(yè)后的工作打下一定的基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)用Mult

2、isim軟件完成正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)。 3．系統(tǒng)知識(shí)介紹 函數(shù)信號(hào)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(yùn)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(guò)滯回比較器將正弦波轉(zhuǎn)化為方波,最后經(jīng)過(guò)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(jì) 〔1電路系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)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(jì)的參數(shù)要求,它是以RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為選頻網(wǎng)絡(luò)和正反

3、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(qiáng),輸出電壓失真小等優(yōu)點(diǎn)。 通過(guò)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(guò)電壓跟隨器提高帶負(fù)載能力。 最后通過(guò)一個(gè)積分電路將正弦波轉(zhuǎn)化為三角波,采用兩個(gè)電容分別滿(mǎn)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(jì)采用RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波,然后通過(guò)滯回比較器將正波轉(zhuǎn)化為方波,最后通過(guò)一個(gè)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： 圖〔1電路功能框圖 〔3元器件與參數(shù)設(shè)計(jì) 整體電路采用型號(hào)為T(mén)HS

4、4501CD的高速全差分運(yùn)算放大器,工作電壓為+/-15V,正弦波的穩(wěn)壓采用型號(hào)為1N4148的二極管,方波的穩(wěn)幅采用型號(hào)為ZPD5.1的穩(wěn)壓二極管。其他可變與定值電阻、電容詳見(jiàn)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〔2RC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(lái)確定此選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率 在正弦波調(diào)頻的過(guò)程中,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(shí)現(xiàn)頻率從100HZ~20KHZ范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),在整體電路設(shè)計(jì)中均采取可變器件實(shí)現(xiàn)了這一要求。 2．確定R3和Rf<在圖〔2中Rf=R

5、2+R4+Rrd//R1的值> 由振蕩的振幅條件可知,要使電路起振,Rf應(yīng)略大于2R3,通常取Rf=2.1R3。以保證電路能起振和減小波形失真。 取標(biāo)稱(chēng)值: R3=1.1k W,所以:Rf=2.1R3=2.31kW. 為了達(dá)到最好效果, Rf與R3的值還需通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(gè)接法相反的二極管D1、D2并聯(lián)而成,如圖<2>所示。穩(wěn)幅二極管D1、D2應(yīng)選用溫度穩(wěn)定性較高的硅管。當(dāng)通過(guò)電流不同時(shí),二極管的動(dòng)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D1、D2的特性必須一致,以保證輸出波形的正負(fù)半周對(duì)稱(chēng)。 通過(guò)

6、微調(diào)R4的阻值,實(shí)現(xiàn)電壓的微調(diào),使幅值穩(wěn)定在6V。 4．R1的確定 由于二極管的非線性會(huì)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(gè)阻值與rd〔rd為二極管導(dǎo)通時(shí)的動(dòng)態(tài)電阻相近的電阻R1,〔R1一般取幾千歐,在本例中取R1=1kW。然后再經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)整,以達(dá)到最好效果。 ②正弦波轉(zhuǎn)化為方波——滯回比較器〔如圖〔3所示 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(guò)改變穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓。R7起限流作用,本設(shè)計(jì)采取10KΩ,R9和R10構(gòu)成正反饋,運(yùn)算放大器當(dāng)up>un時(shí)工作在正飽和區(qū),而當(dāng)un>up時(shí)工作在負(fù)飽和區(qū)。從

7、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(shí),輸出電壓uo= -UZ；當(dāng)輸入電壓ui大于某一電壓時(shí),uo= +UZ。又由于"虛斷"、"虛短"up=un=0,由此可確定出翻轉(zhuǎn)時(shí)的輸入電壓。up用ui和uo表示,有 得此時(shí)的輸入電壓 Uth稱(chēng)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(shí)uo= -UZ ；增大ui,當(dāng)ui=Uth時(shí),運(yùn)放輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn),進(jìn)入正飽和區(qū)。如果初始時(shí)刻運(yùn)放工作在正飽和區(qū),減小ui ,當(dāng)ui= -Uth時(shí),運(yùn)放則開(kāi)始進(jìn)入負(fù)飽和區(qū)。 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〔5積

8、分電路 圖中,先接入一個(gè)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,連入一10kΩ的電阻,平衡電路。電阻R11和R14為改變?nèi)遣ǖ姆?其阻值根據(jù)仿真結(jié)果具體調(diào)整。R12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(guò)電容的電流與流過(guò)電阻的電流相等經(jīng)計(jì)算可知當(dāng)輸入方波時(shí)輸出為三角波。 三角波的幅值： 考慮到要求輸出波形的頻率要求,因此通過(guò)開(kāi)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(jì)電路圖〔如圖〔6所示 圖〔6信號(hào)發(fā)生器電路圖 器材清單表 器件名稱(chēng) 型號(hào)〔參數(shù) 數(shù)量〔個(gè) 運(yùn)算放大器 THS4501CD

9、 4 二極管 IN4148 2 穩(wěn)壓二極管 ZPD5.6 2 開(kāi)關(guān) Key=Space 1 可變電容 100nF 2 電容 1nF、13nF、1.1μF 2/1/1 電位器 12kΩ、2.5kΩ、50kΩ 2/1/1/1 電位器 100Ω 1 電阻 10kΩ 4 電阻 1kΩ、1.1kΩ、1.8kΩ 1/1/1 電阻 6kΩ、5kΩ、100kΩ 2/1/1 〔5電路仿真 輸出波形頻率： 正弦波： 正弦波的頻率在100HZ~20KHZ范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；正弦波的輸出信號(hào)幅值為6V。 正弦波失真度g≦5% 方波： 方波的頻率在1

10、00HZ~20KHZ范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；方波的輸出信號(hào)幅值為6V。 三角波： 三角波的頻率在100HZ~20KHZ范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；三角波輸出信號(hào)幅值為0~2V連續(xù)可調(diào)。 整體仿真波形： 5．設(shè)計(jì)總結(jié) 〔1在本次設(shè)計(jì)中,整體的分工情況如下： 孫強(qiáng)、張晨：整體方案的設(shè)計(jì) 張晨：負(fù)責(zé)資料的收集與整理以及報(bào)告分析、總結(jié)等撰寫(xiě) 孫強(qiáng)：負(fù)責(zé)仿真及報(bào)告中電路設(shè)計(jì)部分的撰寫(xiě) 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,遇到問(wèn)題共同分析解決,理論結(jié)合實(shí)際,最后完成的本次設(shè)計(jì)任務(wù)。 在分析,查閱相關(guān)資料后,形成了一下幾種設(shè)計(jì)方案：方案一：首先產(chǎn)生方波和三角波,然后運(yùn)用差分放大電路將三角波產(chǎn)生正弦波；方案二：運(yùn)用集成芯片IC

11、L8038結(jié)合外部電路產(chǎn)生正弦波、方波和三角波；方案三：運(yùn)用RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波,再通過(guò)滯回比較器將正弦波轉(zhuǎn)化為方波,最后經(jīng)過(guò)積分電路后將其變?yōu)槿遣ā? 對(duì)于方案一,考慮到對(duì)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(huì)導(dǎo)致正弦波失真,無(wú)法滿(mǎn)足題目要求。對(duì)于方案二,雖然其失真度易于實(shí)現(xiàn),可在調(diào)節(jié)頻率時(shí)沒(méi)有滿(mǎn)足要求,其基本電路圖如圖〔7所示,因此本設(shè)計(jì)采用方案三,唯一的不足在于三角波波形不穩(wěn)定。 圖〔7ICL8038及其外圍電路 〔2運(yùn)用multisim仿真軟件,從電路圖的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、仿真到實(shí)驗(yàn)報(bào)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(shí)到實(shí)際的理解

12、,從題目中的簡(jiǎn)單計(jì)算到設(shè)計(jì)運(yùn)用中的精心推敲,我們把模電知識(shí)的學(xué)習(xí)上升了一個(gè)層次,真正賦予了這門(mén)課程實(shí)際意義與價(jià)值。我們充分認(rèn)識(shí)到理論結(jié)合實(shí)際的重要性,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,我們依然會(huì)遇到一些難題,這暴露了我們理論知識(shí)掌握不夠全面的弱點(diǎn)。于是,遇到難題的時(shí)候,我們及時(shí)回歸理論,向書(shū)本和網(wǎng)絡(luò)求教,這種互為補(bǔ)充的過(guò)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(shí)踐并行的意義。希望這次設(shè)計(jì)實(shí)踐是一次全新的開(kāi)始,我們可以在此基礎(chǔ)上提高創(chuàng)新意識(shí),發(fā)散創(chuàng)新思維,在專(zhuān)業(yè)方面做得更好！ 〔3進(jìn)度與時(shí)間:2014年12月25日~20XX12月31日 〔4本次設(shè)計(jì)中存在一點(diǎn)不足：產(chǎn)生三角波的波形不穩(wěn)定。由于積分電

13、路中電容的選取問(wèn)題,導(dǎo)致三角波波形不穩(wěn)定,本設(shè)計(jì)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(jì)及仿真報(bào)告 設(shè)計(jì)名稱(chēng)：設(shè)計(jì)正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路 一、 課程設(shè)計(jì)的目的 《模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)》是學(xué)習(xí)理論課程之后的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。目的是通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題來(lái)鞏固和加深在《模擬電子技術(shù)》課程中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。設(shè)計(jì)訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí),并去完成查找資料,選擇、論證方案,設(shè)計(jì)電路,安裝調(diào)試,分析結(jié)果,撰寫(xiě)報(bào)告等工作。使學(xué)生初步掌握模擬電子電路設(shè)計(jì)的一般方法步驟,通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際提高和培養(yǎng)學(xué)生分析、

14、解決實(shí)際問(wèn)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(jì)和畢業(yè)后的工作打下一定的基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)用Multisim軟件完成正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)。 二、 設(shè)計(jì)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(chēng) 型號(hào)〔參數(shù) 數(shù)量〔個(gè) 運(yùn)算放大器 THS4501CD 4 二極管 IN4148 2 穩(wěn)壓二極管 ZPD5.6 2 開(kāi)關(guān) Key=Space 1 可變電容 100nF 2 電容 1nF、13nF、1.1μF 2/1/1 電位器 12kΩ、2.5kΩ、50kΩ 2/1/1 電位器 100Ω 1 電阻 10kΩ 4

15、電阻 1kΩ、1.1kΩ、1.8kΩ 1/1/1 電阻 6kΩ、5kΩ、100kΩ 2/1/1 四綜示波器 1 失真分析儀 1 萬(wàn)用表 3 頻率計(jì) 3 三、 設(shè)計(jì)所用電路 四、 設(shè)計(jì)仿真結(jié)果 整體仿真波形： 五、 討論 1、 設(shè)計(jì)中發(fā)生的問(wèn)題 A． 在確定設(shè)計(jì)方案時(shí),需要考慮周全,一旦確定方案就不要更改,對(duì)于方案中遇到的問(wèn)題要仔細(xì)考慮,尋求方法解決,切不可遇到問(wèn)題就更改方案,從而未能完成設(shè)計(jì)要求,并且造成時(shí)間上的浪費(fèi)。 B． 在調(diào)節(jié)正弦波波形時(shí),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(guò)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(shí),用失真分析儀測(cè)得的失真度特別大,后來(lái)才知道是因?yàn)槭褂梅椒ú划?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(cuò)誤。 2、 建議或其它 完成本次設(shè)計(jì)的方案比較靈活,比如運(yùn)用555定時(shí)器、ICL8038等集成電路,或者運(yùn)用RC橋式振蕩電路等運(yùn)算放大器的電路都可以實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的任務(wù),因此,在選取設(shè)計(jì)方案的時(shí)候難度較大,因此需要平衡方案的實(shí)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(duì)于方案的利弊有了一定的認(rèn)識(shí),那么我相信本次設(shè)計(jì)的結(jié)果一定會(huì)更好。