幅度頻率可調的鋸齒波發(fā)生器

1、遼寧工業(yè)大學模擬電子技術基礎'課程設計（論文）起止時間:2013.7.1 2013.7.12題目：幅度頻率可調的鋸齒波發(fā)生器專業(yè)班級: 學 號: 學生姓名:（簽字）指導教師:£ 4診劈本科生課程設計（論文）院（系）：課程設計題目課程設計（論文）任務及評語學生姓名教研室:專業(yè)班級幅度頻率可調的鋸齒波發(fā)生器設計任務：1. 現(xiàn)設計并制作能產生鋸齒波波形信號輸出的函數(shù)發(fā)生器。2. 設計電路所需的直流穩(wěn)壓電源。 功能要求：1. 輸出的波形工作頻率范圍0.02Hz1kHz連續(xù)可調2. 方波幅值± 10V。3. 波峰峰值20V;各種輸出波形幅值均連續(xù)可調。 設計要求：（ 論 文

2、） 任 務1 .分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、 指標及應用環(huán)境等，廣開思路，構思出各種總體方案，繪制結構框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、 結構的繁簡、成本的高低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 .設計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元 電路，逐個設計。4. 組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向, 采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。平時:總成績:論文質量:答辯:指導教師簽字:#注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯20%以百分制計算本科生課程設計

3、（論文）在我們日常生活中，以及一些科學研究中，鋸齒波是常用的基本測試信號。 在無線電通信，測量，自動化控制等技術領域廣泛地應用著各種類型的信號發(fā)生 器此外，如在示波器、電視機等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運動，以利用 熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產生器作為時基電路。例如，要在示波器熒光屏 上不失真地觀察到被測信號波形，要求在水平偏轉板加上隨時間作線性變化的電 壓一一鋸齒波電壓，使電子束沿水平方向勻速搜索熒光屏。而電視機中顯像管熒 光屏上的光點，是靠磁場變化進行偏轉的，所以需要要用鋸齒波電流來控制。因 此鋸齒波發(fā)生器是我們在學習，科學研究等方面不可缺少的工具。關鍵字：鋸齒波發(fā)生器；直流穩(wěn)壓電源

4、;遲滯比較器。III第1章 幅度頻率可調鋸齒波發(fā)生器設計方案論證1.11.21.31.4幅度頻率可調鋸齒波發(fā)生器的應用意義 幅度頻率可調鋸齒波發(fā)生器設計的要求及技術指標 設計方案論證 總體設計方案框圖第2章幅度頻率可調鋸齒波發(fā)生器各單元電路設計2.1遲滯比較器電路設計 2.2積分器電路設計 2.3直流穩(wěn)壓電源電路設計與分析第3章幅度頻率可調鋸齒波發(fā)生器整體電路設計3.1整體電路圖及工作原理3.2電路參數(shù)計算3.3整機電路性能分析.第4章設計總結參考文獻10附錄I總體電路圖11附錄II元器件清單12本科生課程設計（論文）第1章幅度頻率可調鋸齒波發(fā)生器設計方案論證1.1幅度頻率可調鋸齒波發(fā)生器的應

5、用意義人類社會已經進入信息化時代，信息社會的發(fā)展離不開電子產品的發(fā)展。鋸 齒波和正弦波、三角波是常用的基本測試信號。此外，如在示波器、電視機等儀 器中，為了使電子按照一定規(guī)律運動，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產 生器作為時基電路。例如，要在示波器熒光屏上不失真地觀察到被測信號波形， 要求在水平偏轉板加上隨時間作線性變化的電壓一一鋸齒波電壓，使電子束沿水 平方向均勻搜索熒光屏。而電視機顯像管熒光屏上的光點，是靠磁場變化進行偏 轉的，所以需要用鋸齒波電流來控制。因此，鋸齒波在實際中有廣泛的應用。由 于不同的電子產品可能需要不同頻率及幅度的鋸齒波，設計可調電阻就會得到與 它匹配的波形，從而使得

6、它能正常工作，使它的工作效率達到最高。1.2幅度頻率可調鋸齒波發(fā)生器設計的要求及技術指標設計要求：分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用 環(huán)境等，廣開思路，構思出各種總體方案， 繪制結構框圖。確定合理的總體方案。 對各種方案進行比較，以電路的先進性、結構的繁簡、成本的高低及制作的難易 等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。設計各單元電路?？傮w 方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設計。組成系統(tǒng)。在一定幅 面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路， 并標出必要的說明。功能要求：輸出的波形工作頻率范圍0.02Hz1kHz

7、連續(xù)可調; 方波幅值± 10V。波峰峰值20V;各種輸出波形幅值均連續(xù)可調。1.3設計方案論證方案（一）設計一個集成電路，可以直接對其進行調頻調幅。這種電路的性能好， 而且使用能力強，工作范圍大。但是這種電路大多采用集成元件，成本較高。 并且它的工藝要求較高，焊接等技術要求都很高。因此不易選擇此設計方案。方案（二），并且器件價格便宜。因此本次設計選擇此方案。設計一個鋸齒波發(fā)生器和一個穩(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間常數(shù)不等的積分器構成。這種設計基于電路簡單，性 能較為良好，器件選擇靈活1.4總體設計方案框圖直流穩(wěn)壓電源屮遲滯比較器圖1.1總體設計框圖第2章幅

8、度頻率可調鋸齒波發(fā)生器各單元電路設計2.1遲滯比較器電路設計遲滯比較器是一個具有遲滯回環(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上引入了正反饋網絡。 由于正反饋作用，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圖2.1反向輸入比較器32.2積分器電路設計積分電路時一種應用比較廣泛的模擬信號運算電路，它是組成模擬計算機的 基本單元，可以實現(xiàn)對微分方程的模擬。同時，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現(xiàn)延時、定時以及各種波形的產生。電路組成如圖2.2,根據理想運放工作

9、在線型區(qū)時“虛短”和“虛斷”的特點 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。圖2.2積分電路由于集成運放的反相輸入端“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。本科生課程設計（論文）2.3直流穩(wěn)壓電源電路設計與分析直流穩(wěn)壓電源是提供直流電壓的電源設備，由電源變壓器，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整 管處于放大狀態(tài)，不能飽和.對調整

10、管的要求，晶體管的額定電流Icm應大于輸出 電流.晶體管的耐壓應高于輸入電壓，晶體管的最大允許耗散功率應大于調整管集 電極最大功率。1）電源變壓器將電網交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷海话愦渭夒妷?u2較小。2）整流電路將變壓器次級交流電壓u2變成單向的直流電壓u3,它包含直流成份和許多諧 波分量。3）濾波電路濾除脈動電壓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 電網電壓和負載電流的變化而變化。4）穩(wěn)壓電路它能在電網電壓和負載電流的變化時，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。直流穩(wěn)壓電源如下圖所示，則 "n

11、I - I .卯#三|平八2 5屮電路中T1、R1、Dz1為穩(wěn)壓電源的啟動電路，當輸入電壓為一定時，且高于 Dz2的穩(wěn)定電壓Vz2時，穩(wěn)壓管兩端電壓Vz2使T1導通，整個電路進入正常工作 狀態(tài)。輸出電壓的最大電壓和最小電壓分別為R3+ R4 W0F" j =X = Krg/f4 k mI + ”/f- + RA .900仏£二 一 w =9FRA+R, 21600因此，輸出電壓的調節(jié)范圍為9至18V,符合本實驗要求。如圖2.3:mJ BcweawjrniEQ ：: 05丄血：Q2 ：Bes4eBWftSlOkO 230080T ?<T _j33d-<1-；1：u

12、F：:QI2tt2905ADIu:RP. .口 舞Of!OPAMP 3T BASIC2 - - -3000TKey-A50%134XlHM60iR3'<3mQ圖2.3直流穩(wěn)壓電源電路5第3章 幅度頻率可調鋸齒波發(fā)生器整體電路設計3.1整體電路圖及工作原理1 .電路組成圖3.1所示為一個鋸齒波發(fā)生電路。圖中集成運放U1i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 間常數(shù)不等的積分電路。調節(jié)電位器 Rw滑動端的位置，使Rw1遠小于Rw2，則電 容放電的時間常數(shù)將比充電的時間常數(shù)小得多，于是放電過程很快，而充電過程 很慢，即可得鋸齒

13、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3.1鋸齒波發(fā)生電路2.整體電路本科生課程設計（論文）假設初始時刻滯回比較器輸出端為高電平，而且假設積分電容上的初始電壓 為零。由于Ai同相輸入端的電壓U +同時與Uoi和Uo有關，根據疊加原理，可得:RlUo1+ R2 UR4+R2R4+R2則此時U+也為高電平。 間往負方向線性增長， 輸出端將發(fā)生跳變，使但當Uoi=+ Uz時，積分電路的輸出電壓 Uo將隨著時 U+隨之減小，當減小至U + =U_=0時，滯回

14、比較器的 Uoi= -Uz，同時U+將跳變?yōu)橐粋€負值。以后，積分U+也隨之增大，當增大至Uoi= + Uz,同時 U +電路的輸出電壓將隨著時間往正方向線性增長，U+=u_ = o時，滯回比較器的輸出端再次發(fā)生跳變，使 也跳變?yōu)橐粋€正值。然后重復以上過程，于是可得滯回比較器的輸出電壓 Uo1 為矩形波，而由于積分電路的充放電時間不等，故積分電路輸出電壓為鋸齒 波。如圖3.3所示：7i "劈本科生課程設計（論文）9邇違BEkT. TrsgQ81間 -1,005 msmVT1 ±婦T2 N +-I rs-Ti時I司殆ifi追A比例t匕聊 pT VQv5畳 fof teSI Yi

15、T JMc I e/A I A?B I AC I迪道B-7 '比例 I lO mVE1 "立& |or AC o rSc -囂笈=5?妙圖3.3鋸齒波波形3.2電路參數(shù)計算門限電壓的估算:Vp 仁v1-Rw2（ vi-vo1考慮到電路翻轉時，有由于vo1 = ±vz，由上式，可分別求出上、下門限電壓和門限寬度為/ (Rw2+R5vn 1=vp1=0,即得 V仁vTH=vo1 (Rw2/R5vT+=VZR1/R5VT=VZRw2/R5HA VT=VT+-VT-=2VZRW2/R53.3整機電路性能分析本次所設計的幅度頻率可調的鋸齒波發(fā)生器可實現(xiàn)輸出的波形工作頻

16、率范圍0.02Hz1kHz連續(xù)可調；方波幅值± 10V;波峰峰值20V;各種輸出波形幅值均 連續(xù)可調?；具_到設計要求。本科生課程設計（論文）第4章設計總結本次設計經過反復論證最終敲定這種方案。翻閱大量論文、書刊，在老師指 導下，順利完成。所設計的電路簡單完整，器件參數(shù)給定，性能較好。但還缺少 實際調試，具體應用能力有待考核。由于設計者能力有限，及時間倉促，出現(xiàn)的 問題還是很多。以后的設計中會積極更正。兩周的課程設計結束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識， 也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在 這次設計過程中，體現(xiàn)出自己單獨設計模具的能力

17、以及綜合運用知識的能力，體 會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和 薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。我從這次的設計中還感受到堅持的重要性。做事情不能輕言談放棄，雖然過 程不順利，與想象中相去甚遠。但是只要我們能堅持，朝著自己既定的目標前進, 就一定會走到終點。一點小小的挫折實際上是在為最后的美景做鋪墊，當我們守 得云開見月明的時候，就會發(fā)現(xiàn)沿途的曲折其實是在考驗我們的目標是否堅定。 堅持下來，我們會收獲豐碩的果實。13123478參考文獻198&童詩白，模擬電子技術基礎（第二版），高等教育出版社， 康華光，電子技術基礎，高等教育出版社，1988。陳大欽，電子技術基礎實驗，高等教育出版社，2000。楊素行，模擬電子技術基礎簡明教程（第二版），高等教育出版社，1997 譚博學，集成電路原理及應用。電子工業(yè)出版社。2004卜益民。模擬電子技術。北京郵電大學出版社。2003 孫余剴，模擬集成電路基礎與應用。電子工業(yè)出版社。2005 胡宴如，模擬電子技術（第二版）高等教育出版社2006附錄I總體電路圖11LI31519