電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告——方波三角波波形發(fā)生器

1、如有幫助，歡迎下載支持。電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)時(shí)間：2010年11月12日班 級(jí)：07級(jí)電材二班姓 名：林亦帆報(bào)告頁(yè)數(shù)：122廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目方波-三角波波形發(fā)生器學(xué)院材料學(xué)院專業(yè)電子信息班 四班學(xué)號(hào)54060234553姓名美麗立（合作者 張偉雄 號(hào)）成績(jī)?cè)u(píng)定教師簽名如有幫助，歡迎下載支持。目錄方波 - 三角波波形發(fā)生器3一、設(shè)計(jì)任務(wù)、要求及指標(biāo)3二、設(shè)計(jì)目的 3三、原理電路設(shè)計(jì) 3四、各組成部分的工作原理5五、電路的參數(shù)選擇及計(jì)算7六、電路仿真、制作與調(diào)試10七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與體會(huì)134方波 - 三角波波形發(fā)生器一、設(shè)計(jì)任務(wù)、要求及指標(biāo)任務(wù) ：設(shè)計(jì)并制作用分立元件和集成運(yùn)放放

2、大器組成的能產(chǎn)生方波和三角波的波形發(fā)生器。要求、指標(biāo)：題目 1、方波 - 三角波波形發(fā)生器：設(shè)計(jì)功能要求：1輸出方波-三角波，頻率范圍： 1Hz10KHz ；2輸出頻率范圍分檔設(shè)置，5 檔設(shè)置；3輸出頻率精度：1% ；4顯示輸出波形的頻率二、設(shè)計(jì)目的1 掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法2 掌握模擬IC 器件的應(yīng)用3 培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐的能力4 掌握常用元器件的識(shí)別和測(cè)試5熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法6 培養(yǎng)學(xué)生綜合電子電路知識(shí)， 解決電子技術(shù)方面常見(jiàn)實(shí)際問(wèn)題的能力， 促使學(xué)生積累際電子制作經(jīng)驗(yàn)，目的在于鞏固基礎(chǔ)、注重設(shè)計(jì)、訓(xùn)練技能、追求創(chuàng)新、走向?qū)嵱谩?在教師指導(dǎo)下獨(dú)立查閱資料、

3、設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試特定功能的電子電路。三、原理電路設(shè)計(jì)（ 1）方案比較與確定1 、方案一由集成運(yùn)放構(gòu)成的方波發(fā)生器和三角波發(fā)生器，一般均包括比較器和RC積分器兩大部分。圖1所示為由滯回比較器及簡(jiǎn)單RC積分電路組成的方波一一三角波發(fā)生器。它的特點(diǎn)如有幫助，歡迎下載支持。是線路簡(jiǎn)單，但三角波的線性度差。主要用于產(chǎn)生方波，或?qū)θ遣ㄒ蟛桓叩膱?chǎng)合。電路的振蕩頻率f。=-2RfCfln(l+K1式中 R1=RT + Rw"R2=R2' + Rw”方波的輸出幅值U om = ± UZ三角波的幅值Rl + R2圖1Rf ( Cf )來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩頻率的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)電位器器 Rw (即改

4、變R27R1), 可以改變振蕩頻率，但三角波的幅值也 隨之變化.如要互不影響，則可通過(guò)改變2、方案二如把滯回比較器和積分器首尾相接形成正反饋閉環(huán)系統(tǒng)，則比較器輸出的方波經(jīng)積分器積分，可到三角波，三角波又觸發(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。由于采用運(yùn)放組成的積分電路，因此可實(shí)現(xiàn)恒流充電，便三角波線性大大改善。故此，選方案二，因?yàn)榉桨付玫降牟ㄐ屋^好而且電路較簡(jiǎn)單。(2)整體電路框圖的確定按照方案二可以得到以下的電路框架(3)單元電路設(shè)計(jì)及元件選擇如附錄的電路圖，第一，第二個(gè)運(yùn)算器分別構(gòu)成方波和三角波電路。圖中運(yùn)算放大器U1,與電阻R2,RP1構(gòu)成同相輸入施密特觸發(fā)器 (也

5、就是遲滯比較器)。運(yùn)算放大器U2與RP3C1、C2構(gòu)成積分電路。這兩個(gè)電路形成閉合回路。由于電容C1、C2的密勒效應(yīng)，在 U2的輸出得到線性度較好的三角波輸出方波幅值為u 01 =|±u Z ；其中u z為穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓， 故輸出方波的峰峰值為 v01P上=2 U Z 這樣按照 要求，穩(wěn)壓管可以選用穩(wěn)壓值大于 10V的管，本電路選用型號(hào)為1N4744A的穩(wěn)壓管，它的穩(wěn) 壓值是Uz =15V。而三角波的幅值為U 02 = R2U Z，為了使輸出三角波的幅值可調(diào)，這里取 R3R2 =10KC ,則 R3 =10KC。原理框圖:8由比較器和積分器組成方波一三角波產(chǎn)生電路， 比較器輸出的為

6、方波，再經(jīng)積分器得到三角波。四、各組成部分的工作原理1、方波產(chǎn)生電路的工作原理電路組成如右圖：它由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延時(shí)環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò),通過(guò)RC充放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓 Uo=+Uz,則同相輸入端電位 Up=+UT。Uo通過(guò)R對(duì)電容C正向充電。 反相輸入端電位un隨時(shí)間t增長(zhǎng)而逐漸升高，當(dāng)t趨近于無(wú)窮時(shí)，UN趨于+Uz;但是，一旦 UN=+Ur,再稍增大，Uo就從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時(shí)Up從+UT躍變?yōu)?Ut。隨后，U0又通過(guò)R 對(duì)電容C反向充電。反相輸入端電位UN隨時(shí)間增長(zhǎng)而逐漸降低，當(dāng) t趨近于無(wú)窮時(shí)，un趨于-Uz ；但

7、是，一旦UN=-Ut,再稍減少，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時(shí)Up從-Ut躍變?yōu)?Ur, 電容又開(kāi)始正向充電。上述過(guò)程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。2、方波一一三角波產(chǎn)生電路工作原理電路組成:如圖，當(dāng)方波發(fā)生電路的輸出電壓U0i=+Uz時(shí)，積分運(yùn)算電路的輸出電壓Uo將線性下降；而當(dāng)uo1=-Uz時(shí)，uo將線性上升。由于存在RC電路和積分電路兩個(gè)延遲環(huán)節(jié)，在實(shí)際電路中，將它們“合二為路，滯回比較器和積分運(yùn)算電路的輸出互為另一個(gè)電路的輸入。去掉方波發(fā)生電路中的 RC回路，使積分運(yùn)算電路即作為延遲環(huán)節(jié)，又作為方波變?nèi)遣娖渲蠥1、A2構(gòu)成方波、三角波產(chǎn)生電路。運(yùn)算放大器A1 ,與電阻R2、R

8、3構(gòu)成同相輸入施密特觸發(fā)器（即滯回比較器）。運(yùn)算放大器A2與R5、C構(gòu)成積分電路。二者形成閉合 回路。由于電容 C的米勒效應(yīng)，在 A2的輸出得到線性度較好的三角波。理論計(jì)算公式:振蕩周期:輸出方波幅度:輸出三角波幅度:4 R 2 R 5cUz為穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓RtUzR34 R2 R5c五、電路的參數(shù)選擇及計(jì)算由于輸出頻率不高，所以集成運(yùn)放選用通用型的UA741C根據(jù)公式R3F2=F3=10kQ ,這樣易于實(shí)現(xiàn);4 R2R5C-三角波要求頻取R=R ,可使輸出方波幅度等于輸出三角波幅度，我們使考慮到電路的簡(jiǎn)潔性以及可靠性，所以在這里不使用電位器。因?yàn)檩敵龇讲史秶?Hz10KHz頻率跨度

9、大。所以采用同時(shí)變換R5和C的方法來(lái)達(dá)到要求。當(dāng) R5 =25 k Q , C =10uF 時(shí),R34 R2R5C1010 3H41010 32510 310 一5 Z1H Z同理，當(dāng) R5=25 k Q , C=1.0uF 時(shí)，f=10Hz;如有幫助，歡迎下載支持。當(dāng)?shù)┒?5 k Q , C=100nF 時(shí)，f=100Hz ;當(dāng) Rs=25 kQ , C=10nF 時(shí)，或當(dāng) R5 =2.5 kQ , C=100nF 時(shí)，f=1000Hz ;當(dāng)鼻=2.5 kQ , C=10nF 時(shí)，f=10KHz ;由于找不到25k 和2.5k 的電阻，所以只能取相近的 24k和2.4kQ ; R4是穩(wěn)壓管的

10、限流電阻，其值的大小是由所選用的穩(wěn)壓管參數(shù)決定。因?yàn)榉€(wěn)壓管為12V 0.5W，所以取R4=1 k Q9如有幫助，歡迎下載支持。16TVW六、電路仿真、制作與調(diào)試電路原理圖仿真如上圖所示：這里使用EWB10（即MULTISIMvl。進(jìn)行仿真。仿真波形如下:輸出信號(hào)為1Hz時(shí)，方波和三角波的波形如下:輸出信號(hào)為10Hz時(shí)，方波和三角波的波形如下:輸出信號(hào)為100Hz時(shí)，方波和三角波的波形如下:Oscilloscope-XSC1X*T1也TimeChannelA270 017 ms-13.553 VChann司-3.289 VRfiver?« j GNDT2 土型 72-T1270 017

11、 ms-13.553 V0.000 5口加口 V-3J89 VDJDD VaveErt CPmobm 髓Channel AChannel BTriggerEd能反WP72回Scak 10 mc/Div30ale 5 WOivStale 5 VDivX petitionD¥ petition 口Y position 口Level |0| V.而岫BZA NBAC joJ dT C* | /c| D 5F - | (Typt £中Mor比rto靠而當(dāng)R=24 k Q , C =10nF時(shí)，輸出信號(hào)為1000Hz時(shí)，方波和三角波的波形如下:當(dāng)R=2.4 k Q, C=100nF時(shí)

12、，輸出信號(hào)為1000Hz時(shí)，方波和三角波的波形如下:Reverse GND CExtTimeChannel AChannel _BT1 ,1.256 t9.34 H我那VTJ 生玉1 255 59,G14V&械V1 T2.T1nmo sO C0O VQ aao vrtvsiFUGal R$03忸 11 m/OiVScak 5 V*CivScale 5 5口他X position1°Y position 0V positionpY/T Md川日四 口即。jC| 口辰二|(?回騏beve：lType Simgi. Nor.1S 1 P_7回aV輸出信號(hào)為10KHz時(shí)，方波和三角波

13、的波形如下:5、元器件清單固定電阻：10KC （5 個(gè)）24KC （1 個(gè)）2.4KQ （1 個(gè)）1KQ （一個(gè)）電解電容：10uF（一個(gè)）1uF（ 一個(gè)）100nF（ 一個(gè)）10nF（ 一個(gè)）穩(wěn)壓管：1N4744A（兩個(gè)）運(yùn)放芯片：LM741（兩片）雙刀開(kāi)關(guān)（一個(gè)）四刀開(kāi)關(guān)（一個(gè)）七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與體會(huì)1、作品的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)自己覺(jué)得本作品的優(yōu)點(diǎn)有四個(gè)：輸出波形的頻率可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。輸出三角波的幅值可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。限流電阻可采用了變阻器， 故能夠調(diào)節(jié)一定程度的波形失真程度。另外，本電路存在一定的缺點(diǎn)，方波的輸出波形的頂部出現(xiàn)小小傾斜（即失 真）。2、改進(jìn)方案針對(duì)本電路的不足，自己覺(jué)得改善電路的方法是選用適當(dāng)阻值的限流電阻，性能和穩(wěn)壓值更相似的穩(wěn)壓管，另外，還可以換用更好的運(yùn)算器芯片，如高速型片LF353。3、心得體會(huì)首先學(xué)習(xí)電路的基本設(shè)計(jì)方法，使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。加深對(duì)課堂知識(shí)的理解和應(yīng)用。完成指定的設(shè)計(jì)任務(wù)，理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)現(xiàn)書本知識(shí)到工程實(shí)踐的過(guò)渡；學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫方法。其次，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)仿真軟件有了一定的認(rèn)識(shí)，懂得焊接電路，更懂得如何使用萬(wàn)用