波形發(fā)生器課程設(shè)計(jì)

1、n q n標(biāo)準(zhǔn)化管理處編碼BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N波形發(fā)生器 課程設(shè)計(jì)報(bào)告專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級：08級姓名：王詩慧指導(dǎo)教師：孟潔2011年 11月13日目錄一、設(shè)計(jì)題目：波形發(fā)生器二、設(shè)計(jì)目的1、研究正弦波等振蕩電路的振蕩條件。2、學(xué)習(xí)波形產(chǎn)生、變換電路的應(yīng)用及設(shè)計(jì)方法以及主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法。三、設(shè)計(jì)要求及主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)并仿真能產(chǎn)生方波、三角波及正弦波等多種波形信號輸出的波形發(fā)生器。1、方案論證，確定總體電路原理方框圖。2、單元電路設(shè)汁，元器件選擇。3、仿真調(diào)試及測量結(jié)果。主要技術(shù)指標(biāo)1、正弦波信號源：信號頻率范禺20Hz20kHz連續(xù)可調(diào)

2、；頻率穩(wěn)定度較高。信號幅 度可以在一定范兩內(nèi)連續(xù)可調(diào)；2、各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)，方波占空比可調(diào)；3、設(shè)計(jì)完成后可以利用示波器測量出其輸出頻率的上限和下限，還可以進(jìn)一步測出 其輸出電壓的范圍。四、仿真需要的主要電子元器件1、運(yùn)算放大電路2、滑線變阻器3、電阻器、電容器等五、設(shè)計(jì)報(bào)告總結(jié)（要求自己獨(dú)立完成，不允許抄襲）。1、對所測結(jié)果（如：輸出頻率的上限和下限，輸出電壓的范圍等）進(jìn)行全面分析， 總結(jié)振蕩電路的振蕩條件、波形穩(wěn)定等的條件。2、分析討論仿真測試中出現(xiàn)的故障及其排除方法。3、給出完整的電路仿真圖。4、體會與收獲。一、方案論證與比較方案一： 先用一塊LM358運(yùn)放做出方波經(jīng)過積分電路

3、獲得三角波，再由三角波經(jīng)過 低通濾波轉(zhuǎn)為正弦波。原理圖及PCB圖電路圖PCB原理圖PCB封裝圖五.電路的分析與計(jì)算沒有接通時(shí)，= ，滯回比較器V0二+UZ,則集成運(yùn)放同相輸入端R、Vi = 一 *VzR + R?,同時(shí)Uo = +W給C充電，使VR由0上升，在以Vi之前，Vo = +Vz不變；當(dāng)VrV.時(shí)，vo跳變到-vz。vVi之前VOVZ不變，當(dāng)VRVi時(shí)，Vi跳變到+VZ圖 5. 0. 1（1）方波部分方波的波幅由穩(wěn)壓管的參數(shù)決定，這里使用1 0V,方波的周期取決于充放電回路RC的數(shù)值。若R或C其中一個(gè)增大，和周期T均會增大，頻率f也會增大。計(jì)算周期T：通過對方波發(fā)生電路的分析，可以想象

4、，與改變輸出電壓的占空比，就必須使電容正 向和反向充電的時(shí)間常數(shù)不同。利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢砸龑?dǎo)電流流經(jīng)不同的通路， 則占空比可調(diào)。則可求出周期T：帶入值得T二f二1/T二20KHz圖 5. 0.2(2)三角波部分在方波發(fā)生電路中，當(dāng)閾值電壓數(shù)值較小時(shí)，可將電容兩端的電壓看成為近似三角 波。所以只要將方波電壓作為積分運(yùn)算電路的輸入，在其輸出就得到三角波電壓。如圖 5.2.2的仿真結(jié)果所示，當(dāng)方波發(fā)生電路的輸出電壓u01二-Uz時(shí)，積分運(yùn)算電路的輸出電 壓uO將線性下降；而當(dāng)u01二Uz時(shí)，將線性上升。圖 5. 2. 1積分電路的輸入電壓uOl,而且u01不是+Uz,就是-Uz,所以輸出電壓

5、的表達(dá)式為式中uO(tO)為初態(tài)時(shí)的輸出電壓。設(shè)初態(tài)時(shí)u01正好從-Uz躍變?yōu)?Uz,則式子變?yōu)榉e分電路反向積分，uO隨時(shí)間的增長線性下降，一旦uO二-UT,再稍減小，u01將從 +Uz躍變?yōu)?Uz。式子變?yōu)閁O(tl)為uOl產(chǎn)生躍變時(shí)的輸出電壓。積分電路正向積分，U0隨時(shí)間的增長線性增 大，一旦uO二+UT,再稍加增大，uOl將從-UZ躍變?yōu)?UZ,回到初態(tài)，積分電路乂開始反 向積分。電路重復(fù)上述過程，因此產(chǎn)生自己震蕩。由以上分析可知，uO是三角波，幅值為土UT； uOl是方波，幅值為UZ,曲于積分 電路引入了深度電壓負(fù)反饋，所以在負(fù)載電阻相當(dāng)大的變化范圍里，三角波電壓兒乎不 變。設(shè)正向積

6、分起始值為-UT,終了值為+UT,積分時(shí)間為二分之一周期，則有1TUz._ + (-Ut)+UT二 R&C2得出震蕩周期震蕩頻率調(diào)節(jié)電路中的R3,可以改變震蕩頻率和三角波的幅值。仿真結(jié)果：圖 5. 2.2(3)正弦波部分在三角波電壓為固定頻率或頻變化很小的情況下，可以考慮用低通濾波(或帶通濾 波)的方法將三角波變換為正弦波，輸入電壓的頻率等于輸出電壓的頻率。將三角波按傅里葉級數(shù)展開其中Um是三角波的幅值。電路如下圖5. 3. 1圖 5. 3. 1仿真結(jié)果：圖 5. 3.2方案二：山RC橋式正弦波振蕩器產(chǎn)生正弦波，經(jīng)過滯回比較器輸出的方波經(jīng)過積分 器積分可得到三角波，三角波乂觸發(fā)比較器自動(dòng)翻轉(zhuǎn)形

7、成方波，然后經(jīng)過同相輸入遲滯比 較器和充放電時(shí)間常數(shù)不等的積分器，共同組成鋸齒波電壓產(chǎn)生器電路。總設(shè)計(jì)框圖：1. 系統(tǒng)的全部功能、要求及技術(shù)指標(biāo)1. 可實(shí)現(xiàn)正弦波，并且正弦波在信號頻率范圍20Hz20kHz連續(xù)可調(diào)；頻率穩(wěn)定度較 高。實(shí)現(xiàn)了方波，三角波，鋸齒波，并且信號幅度可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)2. 各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)，方波占空比可調(diào)2. 確定設(shè)計(jì)框圖（系統(tǒng)包含的單元電路及結(jié)構(gòu)）和總體設(shè)計(jì)方案3.單元電路分析及計(jì)算RC橋式正弦波振蕩器（文氏電橋振蕩器）基本原理圖：RC橋式可山四部分組成：分別為放大電路，選頻網(wǎng)絡(luò)，正反饋網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。其中RC 串，并聯(lián)電路構(gòu)成正反饋支路，同時(shí)兼做選頻

8、網(wǎng)絡(luò)，Rl, R2, R4及二極管等元件構(gòu)成負(fù)反 饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)電位器R1,可以改變負(fù)反饋深度，以滿足振蕩的振幅條件和改善波 形。利用兩個(gè)反向并聯(lián)二極管DI, D2正向電阻的非線性特性來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。D1,D2采用硅管（溫度穩(wěn)定性好），且要求特性匹配，才能保證輸出波形正、負(fù)半周對稱。R3的接入是為 了削弱二極管非線性的影響，以改善波形失真。RC并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率特性 整理得:最終得: 振幅平衡條件仿真圖：方波，三角波形成電路：方波原理圖方波原理分析：計(jì)算周期：T=2Tl=2RCln(l+2R2/Rl)三角波發(fā)生電路：三角波原理圖：三角波，方波發(fā)生器：基本原理圖：把比較器U2輸出的方波經(jīng)積分器U

9、3積分可得到三角波，三角波乂觸發(fā)比較器自動(dòng)翻轉(zhuǎn)形成 方波，這樣即可構(gòu)成三角波、方波發(fā)生器。山于采用運(yùn)放組成的積分電路，因此可實(shí)現(xiàn)恒 流充電，使三角波線性打打改善。電路振蕩頻率： f二R8/4R9(R12+Rll)Cf (阻值參照下圖)方波幅值:U二Uz可以取正負(fù)值三角波幅值：U=(Rl/R2)Uz方波三角波仿真圖：鋸齒波發(fā)生電路：鋸齒波原理圖：它包括同相輸入比較器和充放電時(shí)間常數(shù)不等的積分器兩部分。門限電壓的佔(zhàn)算：Vp=Vi-(Vi-Vo)/(R1+R2)R1考慮電路翻轉(zhuǎn)：Vn二Vp二0得Vi=Vt=-(Rl/R2)Vol得上門限電壓為Vt二(Rl/R2)Vz得下門限電壓為Vt二- (R1/R

10、2) Vz門限寬度為上門限與下門限之差。工作原理:設(shè)t二0時(shí)接通電源，有Vol-Vz經(jīng)R4向C充電，使輸出電壓按線性規(guī)律增長。當(dāng)V。上升到門 限電壓Vt,使Vp二Vn二0時(shí)，比較器輸出Vol山-Vz上升到+Vz,同時(shí)門限電壓下跳到Vt-值。以 后Vol二+Vz經(jīng)R4和D、R6兩支路向C反向充電，山于時(shí)間常數(shù)減小，Vo迅速下降到負(fù)值。當(dāng) V。下降到門限電壓Vt-使Ypl二Vnl二0時(shí)，比較器輸出Vol 乂由+Vz下跳到-Vz。如此周而復(fù) 始，產(chǎn)生振蕩。山于電容C的正向與反向充電時(shí)間常數(shù)不相等，輸出波形V。為鋸齒波電 壓，Vol為矩形波電壓。忽略二極管的正向電阻，其振蕩周期；T二T1+T2二2R1

11、 R4 C/R2+2R1(R4 R6)C二2R1R4C(R4+2R6)/R2(R4+R6)當(dāng)R6、D支路開路，電容C的正、反向充電時(shí)間常數(shù)相等時(shí)，此時(shí)鋸齒波就變成三角波，從 而電路也就變成了方波，三角波產(chǎn)生電路。振蕩周期：T二4R1R4C/R2三、系統(tǒng)仿真調(diào)試分析1、軟件仿真原理圖2、模擬仿真過程正弦波起始振蕩狀態(tài)后正常正弦振蕩狀態(tài)方波振蕩狀態(tài)三角波起始振蕩狀態(tài):后三角波正常狀態(tài)鋸齒波振蕩狀態(tài):1、各項(xiàng)指標(biāo)測試：正弦波：頻率：電壓：方波：頻率：電壓：三角波：頻率：電壓： 鋸齒波:頻率： 電壓:四、數(shù)據(jù)與調(diào)試分析 1.從數(shù)據(jù)記錄中可以看到誤差：頻率最小值誤差：最大值誤差：正弦波幅值誤差：方波幅值

12、誤差：三角波幅值誤差：鋸齒波幅值誤差：因?yàn)檫\(yùn)用了RC正弦振蕩電路，比較器，積分器，可變電阻來實(shí)現(xiàn)波形的穩(wěn)定和可調(diào)。電壓 范圍在到可調(diào)，頻率在到20KHZ可調(diào)，山于參數(shù)設(shè)置上有一定的偏差，致使在測量過程中 數(shù)據(jù)有一定波動(dòng)，電路不太穩(wěn)定。五、心得體會通過這次對波形發(fā)生器的制作和設(shè)計(jì)，讓我更加明口了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我更加深入 了解了波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)理念和思路。其實(shí)這次實(shí)驗(yàn)做得并不是很順利，在運(yùn)行過程中碰 到了很大的困難，比如出不來圖形反而出現(xiàn)了錯(cuò)誤，出來了圖形但是嚴(yán)重失真等。一開始 還比較迷茫，但是我沒有失去信心，通過不斷地改變阻值，改變接法，終于大體上算是成 功了。但是有點(diǎn)遺憾就是波形還是有點(diǎn)微微失真，電壓、頻率等幅值誤差還是較大。我想 這是促使我要更加努力地學(xué)習(xí)課本知識來完善電路。在這里我要感謝老師的幫助，因?yàn)槔蠋煹奶嵝眩屛业碾娐犯涌尚?，使用。也因?yàn)槔?師，讓我更加有信心去研究新的方法。六、參考文獻(xiàn)1彭介華.電子