正弦波與方波的相互轉(zhuǎn)換

物理與電子工程學院課題設計報告課題名稱：正弦函數(shù)發(fā)生器設計別：20組長：2011級楊會員：2011級胡原彬員：2011級廖秋偉2013年7月10日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"設計要求3\o"CurrentDocument"總體設計3設計方案3\o"CurrentDocument"㈠用運算放大器產(chǎn)生1000HZ的正弦信號3\o"CurrentDocument"㈡將正弦波轉(zhuǎn)換為方波4\o"CurrentDocument"㈢將方波轉(zhuǎn)換為正弦波4\o"CurrentDocument"㈣還原波形4\o"CurrentDocument"設計步驟及參數(shù)的確定4\o"CurrentDocument"㈠用運算放大器產(chǎn)生1000HZ的正弦信號4\o"CurrentDocument"㈡正弦波轉(zhuǎn)換為方波4\o"CurrentDocument"㈢方波轉(zhuǎn)換為正弦波5\o"CurrentDocument"㈣還原波形5\o"CurrentDocument"㈤整體電路原理圖6\o"CurrentDocument"實驗仿真結(jié)果7\o"CurrentDocument"㈠正弦波產(chǎn)生且換為方波再換為正弦波的波形7\o"CurrentDocument"㈡用放大器放大振幅還原后的波形8\o"CurrentDocument"電路板的制作8\o"CurrentDocument"㈠畫圖8㈡元器件清單8㈢實物焊接9\o"CurrentDocument"電路的調(diào)試9㈠電路連接9㈡波形測量9㈢數(shù)據(jù)的記錄9\o"CurrentDocument"㈣數(shù)據(jù)結(jié)果分析10\o"CurrentDocument"總結(jié)10\o"CurrentDocument"㈠設計過程中遇到的問題10\o"CurrentDocument"㈡心得體會11正弦函數(shù)發(fā)生器一.設計要求用運算放大器產(chǎn)生一個1000HZ的正弦波信號將此正弦波轉(zhuǎn)換為方波。再將此方波轉(zhuǎn)換為正弦波。限用一片LM324和電阻、電容。二.總體設計總體設計大體上可分為四個模塊：用振蕩電路產(chǎn)生1000HZ的正弦波信號;用一個過零比較器把正弦波變?yōu)榉讲?；用RC濾波電路從方波中濾出正弦波；檢測波形用放大器還原振幅。振蕩電路

產(chǎn)生正弦波放大還原

正弦波三.設計方案㈠用運算放大器產(chǎn)生1000HZ的正弦信號振蕩電路

產(chǎn)生正弦波放大還原

正弦波用RC和一個運放組成文氏電橋振蕩電路，調(diào)節(jié)RC選頻電路來產(chǎn)生1000HZ的正

弦波。㈡將正弦波轉(zhuǎn)換為方波用一個運放接成過零比較器就可以把正弦波轉(zhuǎn)換為方波。但會存在少許誤差。㈢將方波轉(zhuǎn)換為正弦波用電阻和電容組成RC濾波電路，選擇合適的數(shù)據(jù)參數(shù)就能實現(xiàn)把方波變?yōu)檎也?。㈣還原波形用一個同相放大器把波形的幅度放大還原。設計步驟及參數(shù)的確定㈠用運算放大器產(chǎn)生1000HZ的正弦信號用電阻、電容、二極管和一個運放組成文氏電橋振蕩電路，電路圖如下。參數(shù)選擇中最重要的是R6和C2的值選擇，因為它們是選頻電路。f=1/2nRC。f=1000HZ，所以可以確定RC的值。FI1-VyV-5-1H4-€1FI1-VyV-5-1H4-D1仆1如01RBD1仆1如01RB—VW-D21Niaai㈡正弦波轉(zhuǎn)換為方波用一個運放接成過零比較器如下圖，通向端接信號輸入，反向端接地。只要輸

入信號電壓大于或小于零，信號就發(fā)生跳變，可以把正弦波轉(zhuǎn)換為方波。㈢方波轉(zhuǎn)換為正弦波用電阻和電容接成RC濾波電路。在R2和C3過后的節(jié)點處波形是三角波，最后輸出是正弦波。㈣還原波形在RC濾波電路輸出的正弦波，幅度變小了約9倍的樣子，用一個同向放大器放大它的幅度。因為同向放大器的放大倍數(shù)為：A=1+R12/R11。所以確定R11=8k歐姆，R12=1k歐姆。㈤整體電路原理圖實驗仿真結(jié)果㈠正弦波產(chǎn)生且換為方波再換為正弦波的波形Tirneba&eScale|'ms/&ivTimeChannel_AChartriel_BCliaririel_CChtaninel_D^.214ms10.5?V6.191V-1.4S1V^.214ms10.5?V6.191V-1.4S1V0.?sa.?V。.燦Tirneba&eScale|'ms/&ivTimeChannel_AChartriel_BCliaririel_CChtaninel_D^.214ms10.5?V6.191V-1.4S1V^.214ms10.5?V6.191V-1.4S1V0.?sa.?V。.燦V0.?VClmnnglA5V/Div■S-DafeYgsition"Xp&Brtcn]10[y7Ta/b|a+b|DLevalTriggerEgACj_oJ[DC_J(7(7r注：紅色為震蕩產(chǎn)生的正弦波，藍色為正弦波轉(zhuǎn)換成的方波，白色為方波轉(zhuǎn)換成的正弦波。振蕩電路產(chǎn)生的正弦波：振幅：9.8V，頻率：1000HZ。由方波轉(zhuǎn)換的正弦波：振幅：1.1V頻率1000HZ。

㈡用放大器放大振幅還原后的波形Ti帕S■由巨11rrkSj'DivStale|：V/Div-ChaScaleine.1B|：.V/DivTriggerp|VXpDSitnrrYpositzm|2.6Ypo^rton\Q[wTAdd|bja|ajb|AC|I[DC(7AC|2pc"-|廠Tyjs馬咚」&irbo||Nge放大還原后的正弦波：幅度：9.8V；頻率:1000HZ。電路板的制作㈠畫圖在DXP軟件中畫出上面已近仿真成功的原理圖，選擇封裝，轉(zhuǎn)換成PCB模式。整理PCB版面上的元件布局，盡量避免導線的交叉。㈡元器件清單元器件名稱型號參數(shù)（歐姆）數(shù)量（個）5.1K12.7K1

電阻1K210K2電容15nF233nF21uF1電位器10K320K1二極管1N40012芯片LM324N1㈢實物焊接按照上面的布局排列實物電路板，依據(jù)PCB板的線路分布焊接電路。注意焊接時不要短路和外接電源、接地的接口的焊接，并把要測試的信號用導線引到排針上方便測試。電路的調(diào)試㈠電路連接用±12V的恒壓源連接到電路板的正負電源接口，把電路板接地端接地。㈡波形測量用示波器觀測振蕩器產(chǎn)生的正弦波、方波、轉(zhuǎn)換后的正弦波和放大還原的正弦波。注意調(diào)節(jié)電位器。㈢數(shù)據(jù)的記錄波形類型頻率(HZ)振幅(V)振蕩器產(chǎn)生的正弦波10009.8方波100013.4轉(zhuǎn)換后的正弦波10001.1放大還原后的正弦波10009.8㈣數(shù)據(jù)結(jié)果分析我們用振蕩器產(chǎn)生了頻率1000HZ振幅9.8V的正弦波，經(jīng)過過零比較器后變?yōu)轭l率1000HZ振幅13.4V的方波，在經(jīng)過我們的濾波電路，把方波轉(zhuǎn)換為頻率1000HZ振幅1.1V的正弦波，最后經(jīng)放大器放大還原為頻率1000HZ振幅9.8V的正弦波。雖然實際值和理論值有一些小小的誤差，但實驗還是得到了正確的結(jié)果。總結(jié)㈠設計過程中遇到的問題因為第一次做類似的設計電路，很多地方不清楚，都是在摸索中進行的。遇到了很多大小的問題。比如：電路圖自己設計很困難，在查找電路圖時很多都不能實現(xiàn)，這些電路對于我們不適用。元件的參數(shù)確定是大多是參照我們查找的電路，稍作修改。自己很少從設計的角度來理論計算。仿真時有時候是正確的波形，感覺沒有動它一會兒又出了問題。在焊接電路板時，各個元件的引腳很細很密，容易短路。第一次焊接完了去調(diào)試時，用示波器在元件中尋找波形很不方便，而且沒有波形。我們再次檢查并把要檢測的信號用導線連接到排針上方便檢測。第二次檢測時感覺是那些地方短路了，做了修改后再去檢測，后面幾步都有波形但是第一步（振蕩器）沒有成形的正弦波。我們認為是振蕩器的兩個電位器的阻值沒調(diào)好。我們在電路板上用到了4個電位器，最初我們不知道電位器怎么調(diào)節(jié)是變大或變小，只有一通亂調(diào)，后來才想到用萬用表測它的電阻。最初我們的電位器只用到了兩個引腳，認為連接方式和滑動變阻器類似，后來聽說得三個腳都用到，中間和兩側(cè)中的一個串聯(lián)再外接。經(jīng)過種種改善和調(diào)試都不行，我們打算新做了一個電路板，在焊接的時候我沒看見新的LM324n芯片，想把它換在舊板上試一試，結(jié)果調(diào)試出了波形，雖然最后的正弦波有失真，但前面振蕩器產(chǎn)生的正弦波和方波都是可以的，頻率都可以通過電位器調(diào)到1000HZ，幅值也可以調(diào)節(jié)。主要是最后的轉(zhuǎn)換后的正弦波有些失真，放大后也存在失真。由于失真，我們檢查后把電容C3由原來的1.2uF改為1uF（好像C3電容原本不是它所標注的1.2uF），波形不失真，但是最后放大器放大的幅度只能達到初始正弦波的1/2，再調(diào)大就波峰就截止了。我們有嘗試改小電容C4和C5。為了進一步完善，我們把相關的電阻和電容測量一下并適當替換。在調(diào)整后又拿去調(diào)試，仔細調(diào)節(jié)電位器，終于得到了正確的結(jié)果！11..同時我們也沒停下第二塊的電路板的制作，希望第二塊能吸取第一塊的經(jīng)驗做的更完善。但第二塊也許是沒有充足的精力和時間，波形還是存在失真，我們決定還是采用第一塊電路板。㈡心得體會第一次設計制作電路，雖然遇到了很多現(xiàn)在看來很低級的錯誤，也好像花了很多的時間做了無用功，但是卻讓我們熟悉相關軟件和制作的過程，了解相關的制作方法，重溫了以前模電學習的相關放大器、振蕩電路、濾波等等的原理，打下了電路板制作的一些基礎，現(xiàn)在花的時間越是多，對以后的學習幫助越大。所以這一次的設計制作，我們學到了很多，同時也看見了我們很多的不足之處，明白了哪些地方