《模擬電子》課設(shè)-正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路

1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計報告課程設(shè)計報告設(shè)計課題設(shè)計正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路課程設(shè)計目的掌握模擬電子電路設(shè)計的一般方法步驟，通過理論聯(lián)系實際提高和培養(yǎng)學(xué)生分 Multisim系統(tǒng)知識介紹函數(shù)信號發(fā)生器根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，其電路中使用的器件可以是分離器件，也可以是集成器件，產(chǎn)生方波、正弦波、三角波的方案有多種。如先運用RC 橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，根據(jù)周期性的非正弦波與正弦波所呈的某種確定的函數(shù)關(guān)系，再通過滯回比較器將正弦波轉(zhuǎn)化為方波，最后經(jīng)過積分電路后將其變?yōu)槿遣?。電路方案與系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)計電路系統(tǒng)設(shè)計本次設(shè)計采用RC1MHz RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為選頻成穩(wěn)幅電路

2、，具有振蕩頻率穩(wěn)定，帶負(fù)載能力強，輸出電壓失真小等優(yōu)點。1RC橋式正弦波振蕩電路正弦波RC橋式正弦波振蕩電路正弦波滯回比較器方波電壓跟隨器/積分電路三角波與高頻的要求，在最大程度上減小三角波的失真度。電路功能框圖RC圖如圖（1）所示：圖（1）電路功能框圖元器件與參數(shù)設(shè)計整體電路采用型號為 THS4501CD 的高速全差分運算放大器，工作電壓為+/-15V，正弦波的穩(wěn)壓采用型號為 1N4148 的二極管，方波的穩(wěn)幅采用型號為ZPD5.1 的穩(wěn)壓二極管。其他可變與定值電阻、電容詳見元器件清單表。 正弦波RC 橋式正弦波振蕩電路（如圖（2）所示）21kD11kD1R4100Key=A50%VEER2

3、1.8k-15V1N4149U4R3162R 1.1k10k5843THS4501CDVCCCR15VC10nF10k10nF圖（2）RC參數(shù)設(shè)定RC由圖（2）中 RC 的值，來確定此選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率11f1.59KHz0RC23.14104 108RC100HZ20KHZ取可變器件實現(xiàn)了這一要求。R（2）R=R+R+Rr的值)3ff24d1由振蕩的振幅條件可知，要使電路起振，R2RR=2.1Rf以保證電路能起振和減小波形失真。3f3取標(biāo)稱值: R=1.1k ，所以:R=2.1R=2.31k.3f3為了達(dá)到最好效果, RRf的值還需通過實驗調(diào)整后確定。確定穩(wěn)幅電路及其元件值D并聯(lián)而成，如圖(2)

4、所示。 穩(wěn)1123幅二極管 D 、D 應(yīng)選用溫度穩(wěn)定性較高的硅管。當(dāng)通過電流不同時，二極管的動12態(tài)電阻不同，引入非線性環(huán)節(jié)，從而穩(wěn)定輸出電壓。而且二極管DD12須一致，以保證輸出波形的正負(fù)半周對稱。通過微調(diào) R4的阻值，實現(xiàn)電壓的微調(diào)，使幅值穩(wěn)定在 6V。4R1的確定由于二極管的非線性會引起波形失真，因此，為了減小非線性失真，可在二r（r）Rdd1（R 一般取幾千歐，在本例中取R=1k）然后再經(jīng)過實驗調(diào)整，以達(dá)到最好效11果。 正弦波轉(zhuǎn)化為方波滯回比較器（如圖（3）所示）VCC15VU315VU3R73R1010k845k1652HS4501CDR1510kVEE-15VR9110kZPD5

5、.1D3ZPD5.1圖（3）滯回比較器7pnn圖（3）為滯回比較器電路，雙穩(wěn)壓管用于輸出電壓限幅，輸出電壓要求為6V，通過改變穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓。R 10K，R R10u u u u7pnniu u ipiZioZp-U u = +U =u =0， 由此可確定出翻轉(zhuǎn)時的輸入電壓。u u piZioZp1 u Ri1 uRoR u Ruu122i1o u 0p1 1R RnRR12124得此時的輸入電壓Ru 1 uiRo2RR m 1 URZ2 mUththiithoZiiU稱為閾值電壓。滯回電壓比較器的直流傳遞特性如圖所示。設(shè)輸入電壓初始值小于-U ，此時u = -U；增大u，當(dāng)u=U時，運

6、放輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)進(jìn)入正飽和區(qū)。如果初始時刻運放工作在正飽和區(qū)，減小u ，當(dāng)u= -thiithoZiiuuoUZuin-Uth0Uth-UZ圖（4）滯回電壓比較器的直流傳遞特性 方波轉(zhuǎn)化為三角波積分電路（如圖（5）所示）R1210kJ1VCC3815VU54R14Key = SpaceVEE-15V16 213nFC6U15516 22.5k 50%Key=AR1150k50%Key=A83VCC4THS4501CD-15VVDDR1315V圖（5）積分電路510kR11 R14 為改變?nèi)遣ǖ姆?，其阻值根?jù)仿真結(jié)果具體調(diào)整。R12 為限流電阻由于輸入端不取電流，同當(dāng)輸入方波時輸出為三角波。三

7、角波的幅值：vi ic iR Rvo 1 icdt 1 vidtCRCUom Vi Vc考慮到要求輸出波形的頻率要求，因此通過開關(guān)選擇不同的電容值，C5 低頻，C6 為高頻。電路圖與器材清單表整體設(shè)計電路圖（如圖（6）所示）XDA1THDR1XSC1R1610050% Key=AR21.8k1kD11N491N4149-15VVCCVCC15V U538415V15R12R31.1kU4162584R7310k8U3R1046-15V2HS4501CDVDD10kJ11.1uFC53THS4501CDVCCC11R155k52HS4501CDD5R112.5k Key =VEE13nF C61

8、5VR51310k-15VVEEZPD5.1Key=A-15VU11626kR4R95R1412kKey=AR6100nF 50%Key=A110kZPD5.150kKey=A810k3VCC4THS4501CD6kC4R1315VC21nF100nF 50%Key=AXMM1123XMM2123XMM3XFC1123R812k50%Key=A圖（6）信號發(fā)生器電路圖6器材清單表器件名稱型號（參數(shù)）數(shù)量（個）運算放大器THS4501CD4二極管IN41482穩(wěn)壓二極管ZPD5.62開關(guān)Key=Space1可變電容100nF2電容1nF、13nF、1.1F2/1/1電位器12k、2.5k、50k

9、2/1/1/1電位器1001電阻10k4電阻1k、1.1k、1.8k1/1/1電阻6k、5k、100k2/1/1（5）電路仿真輸出波形頻率：7正弦波：正弦波的頻率在 100HZ20KHZ 范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；正弦波的輸出信號幅值為6V。正弦波失真度 5%8方波：100HZ20KHZ6V三角波：9100HZ20KHZ連續(xù)可調(diào)。整體仿真波形：設(shè)計總結(jié)孫強、張晨：整體方案的設(shè)計張晨：負(fù)責(zé)資料的收集與整理以及報告分析、總結(jié)等撰寫孫強：負(fù)責(zé)仿真及報告中電路設(shè)計部分的撰寫在整個設(shè)計過程中，遇到問題共同分析解決，理論結(jié)合實際，最后完成的本次設(shè)計任務(wù)。在分析，查閱相關(guān)資料后，形成了一下幾種設(shè)計方案：方案一：首先產(chǎn)

10、生方波和三角波，然后運用差分放大電路將三角波產(chǎn)生正弦波；方案二：運用集成芯片 ICL8038 結(jié)合外部電路產(chǎn)生正弦波、方波和三角波；方案三：運用RC 橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，再通過滯回比較器將正弦波轉(zhuǎn)化為方波，最后經(jīng)過積分電路后將其變?yōu)槿遣ā?0對于方案一，考慮到對于差分放大電路的電路圖比較復(fù)雜，并且一旦三角波易于實現(xiàn)，可在調(diào)節(jié)頻率時沒有滿足要求，其基本電路圖如圖（7）所示，因此本設(shè)計采用方案三，唯一的不足在于三角波波形不穩(wěn)定。圖（7）ICL8038 及其外圍電路multisim仿真軟件，從電路圖的設(shè)計、實現(xiàn)、仿真到實驗報告，我們（3）進(jìn)度與時間:2014 12 25 日2014 12

11、 31 日（4）本次設(shè)計中存在一點不足：產(chǎn)生三角波的波形不穩(wěn)定。由于積分電路中電11容的選取問題，導(dǎo)致三角波波形不穩(wěn)定，本設(shè)計有待完善，。主要參考文獻(xiàn)1 康華光.北京:高等教育出版社,2013.1212設(shè)計及仿真報告設(shè)計名稱：設(shè)計正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路一、 課程設(shè)計的目的掌握模擬電子電路設(shè)計的一般方法步驟，通過理論聯(lián)系實際提高和培養(yǎng)學(xué)生分 Multisim二、 設(shè)計所用儀器設(shè)備（包括仿真用的設(shè)備）器材清單表：器件名稱型號（參數(shù)）數(shù)量（個）運算放大器THS4501CD4二極管IN41482穩(wěn)壓二極管ZPD5.62開關(guān)Key=Space1可變電容100nF2電容1nF、13nF、1.1F2/

12、1/1電位器12k、2.5k、50k2/1/1電位器10011電阻10k4電阻1k、1.1k、1.8k1/1/1電阻6k、5k、100k2/1/1四綜示波器1失真分析儀1萬用表3頻率計三、 設(shè)計所用電路3XDA1XSC1THDR1GR1610050%Key=A1kD11N49TA B C DVCC315V U5R21.8k-15V 1N4149VCC8415V15R12R31.1kU4162584R7310k8U3R1046-15V2HS4501CDVDD10kJ11.1uFC53THS4501CDVCCC11R155k52HS4501CDD5R112.5k 50%Key = SpaceVEE13nF C615VR51310k-15VVEEZPD5.1Key=A-15VU11626kR4R95R1412kKey=AR6100nF 50%Key=A110kZPD5.150kKey=A810k3VCC4THS4501CD6kC4R1315VC21nF100nF 50%Key=AXMM1123XMM2 123XMM3XFC1123R812k50%Key=A四、 設(shè)計仿真結(jié)果整體仿真波形：2五、 討論1、設(shè)計中發(fā)生的問題要慢慢調(diào)節(jié)。3之間要仔細(xì)了解其使用方法