正弦波三角波方波發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、電子綜合設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題： 正弦波 方波 三角波發(fā)生器學(xué)生學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 專業(yè)年級(jí)： 電子信息工程 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014年1月 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 2014年1月14號(hào)目錄1設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)（3）11 課程設(shè)計(jì)的目的（3）12 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求（3）13 課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)（3）2 總體電路設(shè)方案（4）2.1 正弦波發(fā)生電路的工作原理（4）2.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的工作原理（5）2.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的工作原理（7） 2.4 總電路圖（8）3單元電路設(shè)計(jì)（9）3.1 正弦波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)（9）3.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的設(shè)計(jì)（10）3.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的設(shè)計(jì)（12） 4

2、 電路調(diào)試或仿真（12）41 電路仿真（12）42 調(diào)試方法與調(diào)試過程（12）5 收獲體會(huì)（13）6 參考文獻(xiàn)（13）一 設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)11課程設(shè)計(jì)的目的： 1掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法 2掌握ALtium Designer軟件的應(yīng)用 3培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來指導(dǎo)實(shí)踐的能力12課程設(shè)計(jì)任務(wù)與要求：1.設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波信號(hào)發(fā)生器，通過一個(gè)電路實(shí)現(xiàn)。 2.兩種波形頻率相同，并能在1-3KHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。正弦波峰值為9V，方波幅值為3V，三角波幅值為2V。 3.要求計(jì)算出電路元件參數(shù)，并觀察示波器波形與理論值進(jìn)行對(duì)比。13 課程設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)：1設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試函數(shù)發(fā)生器；2

3、. 輸出波形：正弦波、方波、三角波；3. 頻率范圍 ：在13KHz范圍內(nèi)可調(diào) ；4輸出電壓：方波幅值為3V，三角波幅值為2V，正弦波 峰值為9V。二 總體電路設(shè)方案2.1正弦波發(fā)生電路的工作原理:產(chǎn)生正弦振蕩的條件:正弦波產(chǎn)生電路的目的就是使電路產(chǎn)生一定頻率和幅度的正弦波，我們一般在放大電路中引入正反饋，并創(chuàng)造條件，使其產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的振蕩。正弦波產(chǎn)生電路的基本結(jié)構(gòu)是：引入正反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)和放大電路。其中：接入正反饋是產(chǎn)生振蕩的首要條件，它又被稱為相位條件；產(chǎn)生振蕩必須滿足幅度條件；要保證輸出波形為單一頻率的正弦波，必須具有選頻特性；同時(shí)它還應(yīng)具有穩(wěn)幅特性。因此，正弦波產(chǎn)生電路一般包括：放大電路

4、；反饋網(wǎng)絡(luò)；選頻網(wǎng)絡(luò)；穩(wěn)幅電路個(gè)部分。正弦波振蕩電路的組成判斷及分類：（1） 放大電路：保證電路能夠有從起振到動(dòng)態(tài)平衡的過程，電路獲得一定幅值的輸出值，實(shí)現(xiàn)自由控制。（2） 選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率，是電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩，即保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。（3） 正反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使放大電路的輸入信號(hào)等于其反饋信號(hào)。（4） 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是輸出信號(hào)幅值穩(wěn)定。 判斷電路是否振蕩。方法是：（1）是否滿足相位條件，即電路是否是正反饋，只有滿足相位條件才可能產(chǎn)生振蕩 （2）放大電路的結(jié)構(gòu)是否合理，有無放大能力，靜態(tài)工作是否合適； （3） 是否滿足幅度條件正弦波振蕩電路檢驗(yàn)，若：

5、 (1) 則不可能振蕩； (2) 振蕩，但輸出波形明顯失真； (3) 產(chǎn)生振蕩。振蕩穩(wěn)定后。此種情況起振容易，振蕩穩(wěn)定，輸出波形的失真小分類： 按選頻網(wǎng)絡(luò)的元件類型，把正先振蕩電路分為：RC正弦波振蕩電路；LC正弦波振蕩電路；石英晶體正弦波振蕩電路。RC正弦波振蕩電路 常見的RC正弦波振蕩電路是RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路，它又被稱為文氏橋正弦波振蕩電路。 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在此作為選頻和反饋網(wǎng)絡(luò)。它的電路圖如圖（1）所示： 它的起振條件為： 。它的振蕩頻率為： 它主要用于低頻振蕩。要想產(chǎn)生更高頻率的正弦信號(hào)，一般采用LC正弦波振蕩電路。它的振蕩頻率為： 。石英振蕩器的特點(diǎn)是其振蕩頻率特別穩(wěn)定，它常用于

6、振蕩頻率高度穩(wěn)定的的場(chǎng)合。 圖2-1 2.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的工作原理: 在單限比較器中，輸入電壓在閥值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的躍變，不管這種微小變化是來源于輸入信號(hào)還是外部干擾。因此，雖然單限比較器很靈敏，但是抗干擾能力差。而滯回比較器具有滯回特性，即具有慣性，因此也就具有一定的抗干擾能力。滯回比較器電路中引人了正反饋。從集成運(yùn)放輸出端的限幅電路可以看出，UO±UZ。集成運(yùn)放反相輸人端電位UPUI同相輸入端電位（公式2-1）令UN=UP求出的uI就是閥值電壓，因此得出 （公式2-2）輸出電壓在輸人電壓u，等于閥值電壓時(shí)是如何變化的呢？假設(shè)uI<-UT，那

7、么UN一定小于up，因而UO+UZ，所以u(píng)P=+UYO。只有當(dāng)輸人電壓uI增大到+UT，再增大一個(gè)無窮小量時(shí)，輸出電壓UO才會(huì)從+UT躍變?yōu)?UT。同理，假設(shè)UI>+UT，那么UN一定大于uP，因而UO-UZ，所以u(píng)P-UT。只有當(dāng)輸人電壓UI減小到-UT，再減小一個(gè)無窮小量時(shí)，輸出電壓UO才會(huì)從-UT躍變?yōu)?UT。可見，UO從+UT躍變?yōu)?UT和從-UT躍變?yōu)?UT的閥值電壓是不同的，電壓傳輸特性如圖b)所不。從電壓傳輸特性上可以看出，當(dāng)-UTuI+UT時(shí)，UO可能是-UT，也可能是+UT。如果uI是從小于-UT，的值逐漸增大到-UT<uI<+UT，那么UO應(yīng)為+UT；如果

8、uI從大于+UT的值逐漸減小到-UT<uI<+UT，那么應(yīng)為-UT。曲線具有方向性，如圖b)所示。實(shí)際上，由于集成運(yùn)放的開環(huán)差模增益不是無窮大，只有當(dāng)它的差模輸人電壓足夠大時(shí)，輸出電壓UO才為±UZ。UO在從+UT變?yōu)?UT或從-UT變?yōu)?UT的過程中，隨著uI的變化，將經(jīng)過線性區(qū)，并需要一定的時(shí)間。滯回比較器中引人了正反饋，加快了UO的轉(zhuǎn)換速度。例如，當(dāng)UO+UZ、uP=+UT時(shí)，只要uI略大于+UT足以引起UO的下降，即會(huì)產(chǎn)生如下的正反饋過程：UO的下降導(dǎo)致uP下降，而UP的下降又使得UO進(jìn)一步下降，反饋的結(jié)果使UO迅速變?yōu)閁T，從而獲得較為理想的電壓傳輸特性。本電路

9、中該電路的作用是將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)變成方波信號(hào)，其傳輸特性曲線如下圖所示：圖2-22.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的工作原理：當(dāng)輸入信號(hào)為方波時(shí)，其輸出信號(hào)為三角波，電路波形圖如下：圖2-32.4總電路圖 圖2-4三 單元電路設(shè)計(jì)3.1 正弦波發(fā)生電路的設(shè)計(jì) 本電路中采用RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，其電路圖如下所示RC橋式正弦振蕩電路 圖3-1 該電路回路串聯(lián)兩個(gè)并聯(lián)的二極管，如上圖所示串聯(lián)了兩個(gè)并聯(lián)的1BH62，這樣利用電流增大時(shí)二極管動(dòng)態(tài)電阻減小、電流減小時(shí)動(dòng)態(tài)電阻增大的特點(diǎn)，加入非線性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。此時(shí)輸出電壓系數(shù)為 Au=1+(Rf+rd)/R1（公式3-1） RC振蕩的頻率為

10、：f0=1/(2RC)（公式3-2） 該電路中R=51K C=10nF（公式3-3） f0=1/(2*3.14*51000*10-8)312Hz（公式3-4） T=1/f0=1/312=3.2*10-3S=3.2ms（公式3-5）用Multisim10.0對(duì)電路進(jìn)行仿真得到上圖3.2 正弦波轉(zhuǎn)換方波電路的設(shè)計(jì) 本電路中采用滯回電壓比較器將正弦波轉(zhuǎn)成方波，其電路原理如下圖所示滯回電壓比較器電路原理圖圖3-2 滯回電壓比較器原理前面有描述，此處不贅述。 本電路中用到的穩(wěn)壓管為1N5759A，其穩(wěn)壓電壓為±1.7V 電路中閾值電壓為： UT1=UREF-UZ（公式3-6） UT2=UREF

11、+UZ（公式3-7） 本電路中UREF=0，所以 UT1=-UZ UT2=UZ 用Multisim10.0對(duì)其進(jìn)行仿真得到上圖3.3 方波轉(zhuǎn)換成三角波電路的設(shè)計(jì) 本電路中方波轉(zhuǎn)成三角波采用積分電路，其電路原理如下圖所示積分電路圖 圖3-3 積分電路分工為： U0=-+u0(t1)（公式3-8）四 電路調(diào)試或仿真41 電路仿真電路總體仿真圖如下所示 圖3-4 圖3-5總電路圖如下所示圖3-6 該電路分為三部分，第一部分為RC橋式正弦振蕩電路，其功能是利用RC振蕩產(chǎn)生特定頻率的正弦波；第二部分為電壓比較器電路，其功能為將正弦波轉(zhuǎn)成方波；第三部分為積分電路，其功能為利用積分電路將方波轉(zhuǎn)成三角波； 在

12、正弦波產(chǎn)生電路中f=1/(2RC),改變RC的值可以改變電路的信號(hào)頻率，在電壓比較器中，改變參考電壓UREF的值可以改變方波的比例。五 收獲體會(huì) 本次試驗(yàn)是本人通過自己動(dòng)手查資料、設(shè)計(jì)電路、仿真等過程，個(gè)人感覺收獲很大。每當(dāng)電路要成功時(shí)，當(dāng)時(shí)的心情是那么的激動(dòng)，但是前幾次都沒有成功，在我的不斷努力、不斷探索、不斷查資料之下，終于將電路設(shè)計(jì)成功，在成功之時(shí)心情真的是好極了！ 當(dāng)本人拿到課程設(shè)計(jì)題目時(shí)感覺很茫然，不知道從何入手，只有一張?jiān)O(shè)計(jì)要求、沒有工具、沒有資料、沒有材料，如何能完成設(shè)計(jì)要求呢！后來經(jīng)過本人上網(wǎng)查資料了解到電路設(shè)計(jì)好了之后可以使用Multisim對(duì)其進(jìn)行仿真，無需將電路事物圖做出來。用Multisim10對(duì)電路進(jìn)行仿真真的很方便，而且安全，還便于對(duì)電路進(jìn)行修改。 本次設(shè)計(jì)中采用電路模塊化理念，將本來非常復(fù)雜的電路分解成一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的單元電路，然后設(shè)計(jì)單元電路，單元電路