幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器.doc

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目：幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器院（系）：院（系）： 電子與信息工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間：起止時(shí)間：2012014 4.0.06 6. .30302012014 4.07.1.07.11 1 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室：電子信息工程注：成績：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20%

2、以百分制計(jì)算學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)通信121課程設(shè)計(jì)題目幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)參數(shù)：（1）現(xiàn)設(shè)計(jì)并制作能產(chǎn)生鋸齒波波形信號(hào)輸出的函數(shù)發(fā)生器。（2）設(shè)計(jì)電路所需的直流穩(wěn)壓電源。 （3）輸出的波形工作頻率范圍 0.02Hz1kHz 連續(xù)可調(diào)。（4）方波幅值 10V，波峰峰值 20V：各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)。設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對(duì)各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低

3、及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4 .組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。進(jìn)度計(jì)劃第 1 天：集中學(xué)習(xí)；第 2 天：收集資料；第 3 天：方案論證；第 4 天：選擇器件進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)；第 5 天：單元電路設(shè)計(jì)及仿真；第 6 天：整體電路設(shè)計(jì)并仿真；第 7 天：電路焊接制板；第 8 天：焊接調(diào)試；第 9 天：完善設(shè)計(jì)；第 10 天：答辯。指導(dǎo)教師評(píng)語及成績平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日

4、本科生課程設(shè)計(jì)（論文）摘 要鋸齒波是常用的基本測試信號(hào)，在無線電通信，測量，自動(dòng)化控制等技術(shù)領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用著各種類型的信號(hào)發(fā)生器，此外，如在示波器、電視機(jī)等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波發(fā)生器作為時(shí)基電路。例如，要在示波器熒光屏上不失真地觀察到被測信號(hào)波形，要求在水平偏轉(zhuǎn)板加上隨時(shí)間作線性變化的電壓鋸齒波電壓，使電子束沿水平方向勻速搜索熒光屏。而電視機(jī)中顯像管熒光屏上的光點(diǎn)，是靠磁場變化進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的，所以需要用鋸齒波電流來控制。因此鋸齒波發(fā)生器是我們?cè)趯W(xué)習(xí)，科學(xué)研究等方面不可缺少的工具。幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器是由直流穩(wěn)壓電源、遲滯比較器和積分器三部分構(gòu)

5、成。直流穩(wěn)壓電源提供正負(fù) 12 伏電壓：遲滯比較器是在反向單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入了正反饋網(wǎng)絡(luò)，門限電壓隨輸出電壓變化而改變，可調(diào)節(jié)鋸齒波的幅度;積分器是一種模擬信號(hào)運(yùn)算電路，利用其充放電可實(shí)現(xiàn)定時(shí)、延時(shí)以及波形的產(chǎn)生。經(jīng)過 Multisim 仿真，驗(yàn)證了直流穩(wěn)壓電源部分和鋸齒波發(fā)生電路部分，基本滿足設(shè)計(jì)要求。但由于焊接技術(shù)問題和部分器件的更替，并未測出實(shí)際結(jié)果。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）目 錄第 1 章 緒論 .11.1 幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器概況 .11.2 本文研究內(nèi)容 .1第 2 章 幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器電路設(shè)計(jì) .22.1 總體方案設(shè)計(jì).22.2 具體電路設(shè)計(jì) .32.2.

6、1 直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì) .32.2.2 遲滯比較器電路設(shè)計(jì) .42.2.3 積分器器電路設(shè)計(jì) .42.2.4 總體電路設(shè)計(jì) .52.3 元器件型號(hào)選擇 .72.4 MULTISIM 仿真、數(shù)據(jù)分析.82.5 實(shí)物的焊接與調(diào)試 .11第 3 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .12參考文獻(xiàn) .13附錄 元器件清單 .14本科生課程設(shè)計(jì)（論文）1第 1 章 緒論1.1 幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器概況人類社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)代，信息社會(huì)的發(fā)展離不開電子產(chǎn)品的發(fā)展。鋸齒波和正弦波、三角波是常用的基本測試信號(hào)。此外，如在示波器、電視機(jī)等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產(chǎn)生器作為

7、時(shí)基電路。例如，要在示波器熒光屏上不失真地觀察到被測信號(hào)波形，要求在水平旋轉(zhuǎn)板加上隨時(shí)間作線性變化的電壓鋸齒波電壓，使電子束沿水平方向均勻搜索熒光屏。而電視機(jī)顯像管熒光屏上的光點(diǎn)，是靠磁場變化進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的，所以需要用鋸齒波電流來控制。因此，鋸齒波在實(shí)際中有廣泛的應(yīng)用。由于不同的電子產(chǎn)品可能需要不同頻率及幅度的鋸齒波，設(shè)計(jì)可調(diào)電阻就會(huì)得到與它匹配的波形，從而使得它能正常工作，使它的工作效率達(dá)到最高。1.2 本文研究內(nèi)容設(shè)計(jì)要求： 仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。確定合理的總體方案。對(duì)各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作

8、的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。設(shè)計(jì)各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路。逐個(gè)設(shè)計(jì)。組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流行，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并且標(biāo)出必要的說明。設(shè)計(jì)參數(shù)：1. 設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)輸出正負(fù) 12V 的直流穩(wěn)壓電源。2. 設(shè)計(jì)一個(gè)可以改變鋸齒波幅度的遲滯比較器。3. 設(shè)計(jì)一個(gè)可以改變鋸齒波頻率的積分器。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2第 2 章 幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器電路設(shè)計(jì)2.1 總體方案設(shè)計(jì)方案一設(shè)計(jì)一個(gè)集成電路，可以直接對(duì)其進(jìn)行調(diào)頻調(diào)幅。這種電路的性能好，而且使用能力強(qiáng)，工作范圍大。但是這種電路大多采用集成原

9、件，成本較高。并且它的工藝要求較高，焊接等技術(shù)要求都很高。因此不宜選擇此設(shè)計(jì)方案。方案二 設(shè)計(jì)一個(gè)鋸齒波發(fā)生器和一個(gè)穩(wěn)壓源。鋸齒波發(fā)生電路需要同相輸入遲滯比較器和充放電時(shí)間不等的積分器構(gòu)成。這種設(shè)計(jì)基于電路簡單，性能較為良好，器件選擇靈活，并且器件價(jià)格便宜。因此本次設(shè)計(jì)選擇此方案。方案的對(duì)比 由于方案一難度較大且成本高，而方案二電路簡單且性能較為良好，同事器件價(jià)格便宜，所以我們采用方案二進(jìn)行實(shí)驗(yàn)直流穩(wěn)壓電源集成電路直流穩(wěn)壓電源鋸齒波發(fā)生電路本科生課程設(shè)計(jì)（論文）3總體設(shè)計(jì)方案框圖圖 1.1 總體設(shè)計(jì)框圖2.2 具體電路設(shè)計(jì)2.2.1 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源是提供直流電壓的電源設(shè)備，由

10、電源變壓器，整流，濾波，和穩(wěn)壓電路四部分組成，圖示為由分立元件組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的電路圖，其整流部分為單相橋式整流電路，濾波部分為電容濾波電路，穩(wěn)壓部分為串聯(lián)穩(wěn)壓電路。對(duì)輸入電壓的要求，輸入電壓的選取原則是，在最壞的條件下仍能保證調(diào)整管處于放大狀態(tài)，不能飽和。對(duì)調(diào)整管的要求，晶體管的額定電流 Icm 應(yīng)大于輸出電流。晶體管的耐壓應(yīng)高于輸入電壓，晶體管的最大允耗功率應(yīng)大于調(diào)整管集電極最大功率。1 電源變壓器 將電網(wǎng)交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷?，一般次?jí)電壓 u2 較小。2 整流電路 將變壓器次級(jí)交流電壓 u2 變成單向的直流電壓 u3，它包含直流成分和許多諧波分量。3 濾波電路 濾除脈動(dòng)

11、電壓 u3 中的諧波分量，輸出比較平滑的直流電壓 u4。該電壓往往隨電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化而變化。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）44 穩(wěn)壓電路 它能在電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化時(shí)，保持輸出直流電壓的穩(wěn)定。它是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標(biāo)圖 2.1 直流穩(wěn)壓電源電路圖2.2.2 遲滯比較器電路設(shè)計(jì)遲滯比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)特性的比較器。圖 2.1 所示為反相輸入遲滯比較器原理電路，它是在反相輸入單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入了正反饋網(wǎng)絡(luò)。由于正反饋?zhàn)饔?，這種比較器的門限電壓是隨輸出電壓的變化而改變的。它的靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提高了。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）5圖 2.

12、2 遲滯比較器2.2.3 積分器電路設(shè)計(jì)積分電路時(shí)一種應(yīng)用比較廣泛的模擬信號(hào)運(yùn)算電路，它是組成模擬計(jì)算機(jī)的基本單元，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微分方程的模擬。同時(shí)，積分電路也是控制和測量系統(tǒng)中常用的重要單元，利用其充放電過程可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)、定時(shí)以及各種波形的產(chǎn)生。電路組成如圖 2.3，根據(jù)理想運(yùn)放工作在線型區(qū)時(shí)“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)可知：電路的輸出電壓與電容兩端的電壓成正比，而電路的輸入電壓與流過電容的電容成正比。由于集成運(yùn)放的反相輸入端“虛地” ，故輸出電壓等于輸入電壓可見輸出電壓與電容兩端電壓成正比。圖 2.3 積分器電路本科生課程設(shè)計(jì)（論文）62.2.4 總體電路設(shè)計(jì)電路組成圖 2.4 所示為一個(gè)鋸齒波

13、發(fā)生電路。圖中集成運(yùn)放 U11組成遲滯比較器；二極管 V、VD2和電位器 Raw，使積分電路的充放電回路分開，故 A2組成充放電時(shí)間常數(shù)不等的積分電路。調(diào)節(jié)電位器 Rw滑動(dòng)端的位置，使 Rw1遠(yuǎn)小于 Rw2，則電容放電的時(shí)間常數(shù)將比充電的時(shí)間常數(shù)小得多，于是放電過程很快，而充電過程很慢，即可得鋸齒波。遲滯比較器輸出的矩形波加在積分電路的反相輸入端，而積分電路輸出的鋸齒波又接到遲滯比較器的同相輸入端，控制遲滯比較器輸出端的狀態(tài)發(fā)生跳變，從而在 A2的輸出端得到周期性的鋸齒波。圖 2.4 鋸齒波發(fā)生電路本科生課程設(shè)計(jì)（論文）7 整體電路圖 圖 2.5 整體電路圖工作原理假設(shè)初始時(shí)刻滯回比較器輸出端

14、為高電平，而且假設(shè)積分電容上的初始電壓為零。由于 A1同相輸入端的電壓 U+同時(shí)與 Uo1和 Uo有關(guān)，根據(jù)疊加原理，可得：則此時(shí) U+也為高電平。但當(dāng)時(shí)，積分電路的輸出電壓 Uo 將隨著z1oUU時(shí)間往負(fù)方向線性增長，U+隨之減小，當(dāng)減小至?xí)r，滯回比較器的0UUo2121o211URRRURRRU本科生課程設(shè)計(jì)（論文）8輸出端將發(fā)生跳變，使，同時(shí) U+將跳變?yōu)橐粋€(gè)負(fù)值。以后，積分電路z1oUU的輸出電壓將隨著時(shí)間往正方向線性增長，U+也隨之增大，當(dāng)增大至?xí)r，滯回比較器的輸出端再次發(fā)生跳變，使,同時(shí) U+也跳0UUz1oUU變?yōu)橐粋€(gè)正值。然后重復(fù)以上過程，于是可得滯回比較器的輸出電壓為矩形1o

15、U波，而由于積分電路的充放電時(shí)間不等，故積分電路輸出電壓為鋸齒波。2.3 元器件型號(hào)選擇（1）直流穩(wěn)壓電源輸出正負(fù) 12 伏電壓，所以直接選擇電子實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)板上的直流輸出電源，正好正負(fù) 12 伏。（2）遲滯比較器部分，運(yùn)算放大器本來采用 OPAMP-5T-VIRTUAL,但是實(shí)驗(yàn)室沒有，只好用 741 代替；電位器采用 100k，配合電阻 10k，便于調(diào)節(jié)鋸齒波幅度。穩(wěn)壓管 02BZ2.2 穩(wěn) 2.2 伏電壓，實(shí)驗(yàn)室沒有，用穩(wěn) 6 伏電壓的代替。（3）積分器電路部分，運(yùn)算放大器也是用 741 代替，然后電位器采用 100k，配合電阻 10k 方便調(diào)節(jié)輸出鋸齒波的頻率。2.4 Multisim

16、仿真、數(shù)據(jù)分析（1）正確接入示波器后本科生課程設(shè)計(jì)（論文）9 圖 2.6 所示直流穩(wěn)壓電源仿真符合要求（2）正確接入直流穩(wěn)壓電源后，電路產(chǎn)生鋸齒波，仿真結(jié)果如下：本科生課程設(shè)計(jì)（論文）10圖 2.7 示波器中顯示鋸齒波本科生課程設(shè)計(jì)（論文）112.5 實(shí)物的焊接與調(diào)試圖 2.13 焊接實(shí)物圖 如圖 2.13 所示為本次設(shè)計(jì)的實(shí)物焊接圖。圖中的穩(wěn)壓管采用的是 1N4735，而本次產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求使用的是 02BZ2.2，在模擬器件中，穩(wěn)壓管的參數(shù)對(duì)電路還是挺有影響的。本次設(shè)計(jì)由于時(shí)間限制，準(zhǔn)備的有些匆忙，另外我的焊接技術(shù)不過關(guān)也占有很大原因。由于本學(xué)期我是首次接觸焊接技術(shù)，所以可能在焊一些元件時(shí)錯(cuò)誤

17、地造成了虛焊而對(duì)器件造成了一定程度上的損壞。最終沒能得出正確結(jié)果。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）12第 3 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)本次設(shè)計(jì)由直流穩(wěn)壓電源電路、遲滯比較器電路和積分器電路組成。設(shè)計(jì)過程中不僅要考慮到電路的簡單性和元器件的可用性，還得考慮到各個(gè)器件所能承受的電壓值。在仿真過程中，兩端電路的連線必須準(zhǔn)確無誤，各個(gè)器件的串并聯(lián)和正負(fù)極方向更是不容犯錯(cuò)，不然極易出現(xiàn)電容爆炸和電阻燒毀等危險(xiǎn)事件。仿真出來后，就開始領(lǐng)件焊板，電路中需要用到的器件都不能出現(xiàn)遺漏或者混淆型號(hào)的問題，不然最終肯定調(diào)試出結(jié)果。另外，焊接的時(shí)候?qū)夹g(shù)的要求還是挺高的，我在此過程中就感覺自己技術(shù)不過關(guān)，還需多加練習(xí)。焊完實(shí)物后，經(jīng)過多方調(diào)試，我最終還是沒能做出正確的結(jié)果，總結(jié)原因有以下幾點(diǎn)：首先就是時(shí)間有限，焊接過程比較匆忙，在電路板上可以發(fā)現(xiàn)多處焊點(diǎn)焊的不夠標(biāo)準(zhǔn)；第二點(diǎn)就是在進(jìn)行考慮元器件布局的時(shí)候不夠全面細(xì)致，結(jié)果焊完元器件之后，發(fā)現(xiàn)接線變得特別復(fù)雜，然后有多處導(dǎo)線交錯(cuò)，極易出現(xiàn)失誤；最后就是可能替代的元器件不能起到初始設(shè)計(jì)時(shí)所用器件的作用。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）13參考文獻(xiàn)1 童詩白， 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) （第二版） ，高等教育出版社，1988。2 康華光， 電子技術(shù)基礎(chǔ) ，高等教育出版社，198