方波三角波發(fā)生器的設計與制作設計

PAGE11目錄TOC\o"1-1"\h\u764前言 219956一．設計任務與要求 332531二．方案設計 325936三.單元電路設計與參數(shù)的計算 330402四.總原理圖及元件清單 88990五．性能分析： 913408六.總結(jié)與心得體會 1021576參考文獻 11方波三角波發(fā)生器的設計與制作前言函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波（鋸齒波）、方波（矩形波）、階梯波等電壓波形的電路或儀器。電路形式可以采用由運放及分立元件構(gòu)成；也可以采用單片集成函數(shù)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，本課題介紹方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器的設計方法。產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過比較器電路變換成方波，再通過積分電路變換成三角波；依然可以首先產(chǎn)生方波、三角波，然后再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也?。波形發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學實驗等領域。本次課程設計使用的發(fā)生器可產(chǎn)生三角波、方波等多種波形，波形的周期可以用程序改變，并可根據(jù)需要選擇單極性輸出或雙極性輸出，具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。一．設計任務與要求1．設計一個函數(shù)發(fā)生器，要求輸出波形為正弦波—方波—三角波；2．要求頻率范圍：方波10～100Hz,正弦波1KHz～10KHz,三角波100Hz～1KHz；3．頻率連續(xù)可調(diào)，線性失真小。二．方案設計在研制、生產(chǎn)、測試和維修各種電子元件、部件以及整機設備時，都學要有信號源，由它產(chǎn)生不同頻率不同波形的電壓、電流信號并加到被測器件或設備上，用其他儀器觀察、測量被測儀器的輸出響應，以分析確定它們的性能參數(shù)。信號發(fā)生器是電子測量領域中最基本、應用最廣泛的一類電子儀器。該函數(shù)發(fā)生器要求能輸出頻率范圍可調(diào)的正弦波，方波和三角波，能夠很好的實現(xiàn)本次試驗的目的，將一些線性和非線性的元件與集成運放組合，輸出性能良好的波形。要求分析：由正弦波，方波或三角波的發(fā)生器產(chǎn)生相應的信號，通過相互轉(zhuǎn)換實現(xiàn)多種波形的輸出。正弦波可以由振蕩電路產(chǎn)生，經(jīng)比較運放產(chǎn)生矩形波，再積分可得到三角波。或是通過矩形波過帶通濾波得到正弦波等實現(xiàn)波形間的轉(zhuǎn)換。通過調(diào)節(jié)RC振蕩電路中的振蕩電阻來實現(xiàn)頻率可調(diào)。三.單元電路設計與參數(shù)的計算1.電路設計與原理分析利用集成運算放大器的優(yōu)良特性，根據(jù)自激振蕩原理，采用正負反饋相結(jié)合，將一些線性和非線性的元件與集成運放進行不同的組合，可以方便地構(gòu)成性能良好的正弦波振蕩器。正弦波振蕩電路由放大電路(保證電路正常起振)，選頻網(wǎng)絡（使電路產(chǎn)生一定頻率的振蕩），正反饋網(wǎng)絡（使放大電路的輸入信號等于反饋信號），和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)（使輸出信號穩(wěn)定）四部分組成。振蕩器是一種具有正反饋網(wǎng)絡的選頻放大器。諧振是振蕩器從輸出端反饋回輸入端的信號與原輸入信號的相位相同。諧振頻率由正反饋網(wǎng)絡的有關參數(shù)決定。為了維持振蕩，在諧振頻率上環(huán)路增益必須等于１，AF=1式中F為反饋系數(shù)，A為放大器的電壓增益。寫成模與相角的形式即|AF|=1∠A+∠F=2n∏開始振蕩時，為了容易起振，環(huán)路增益AF應該略大于１。文氏電橋的RC串聯(lián)電路的選頻特性一般取R1=R2=R,C1=C2=C時，串并聯(lián)電路有對稱的選頻特性，當頻率f=1/2∏RC時，可在R,C并聯(lián)的兩端得到最大的電壓值，把這個電壓輸入運算放大器的同向端作為正反饋信號，把電阻R3,R4的分壓電壓作為負反饋信號輸入運算放大器的反向段。調(diào)節(jié)電阻Rw，使負反饋的電壓，接近于正反饋電壓，但又稍小于正反饋電壓，這時的電路滿足振蕩的幅值和相位的條件，而且輸出波形失真最小。如果負反饋電壓遠小于正反饋，這時電路滿足振蕩條件，但因正反饋過強，使輸出波形實現(xiàn)嚴重失真。如果負反饋電壓遠大于正反饋電壓，則電路不滿足振蕩條件，不能其振。文氏橋振蕩電路，放大器為同相比例運算放大器，正反饋選頻網(wǎng)絡為RC串聯(lián)網(wǎng)絡。正常工作時，放大器的閉環(huán)電壓增益A等于３，正反饋的反饋系數(shù)為1/3，環(huán)路增益AF=3×1/3=1。開始仿真時沒有電流流通過二極管，二極管的正向電阻很大，是放大器的電壓增益大于３。隨著輸出電壓的增加，流過二極管的電流將逐步增大，二極管的正向電阻將逐步減小，放大器的電壓增益也隨之降低，直至降低到３為止。達到穩(wěn)態(tài)后，文氏橋振蕩器將輸出幅度一定的正弦波。如果放大器的電壓增益過高，運放就有可能進入飽和狀態(tài)，這是輸出的不再是正弦波，而是方波。文氏橋振蕩器的基本放大電路為同相比例放大器，其電壓增益為式中，Rf為反饋電阻。2.參數(shù)的計算：通過RC選頻電路實現(xiàn)頻率可調(diào)。因為f=1/2∏RC,所以，當f=10Hz,C=0.1微法時，R=16KO當f=100Hz,C=0.1微法時，R=1.6KO當f=100Hz,C=0.01微法時，R=16KO當f=1KHz,C=0.01微法時，R=1.6KO當f=1KHz,C=0.001微法時，R=16KO當f=10KHz,C=0.001微法時，R=1.6KO（1）過零比較器電壓比較電路用于比較模擬輸入電壓與設定參考電壓的大小關系，比較的結(jié)果決定輸出是高電平還是低電平。過零比較器主要用來將信號與零電位進行比較，以決定輸出電壓。當輸入信號Ui<0時，輸出電壓Uo為正極極值Uom;由于理想運放的電壓增益Au,固輸入信號由小到大，達到Ui=0的時候，即U-=U+的時刻，輸出電壓由正極值Uom翻轉(zhuǎn)到負極值-Uom。當Ui>0時輸出Uo為負極值過零比較器在輸入信號經(jīng)過零點時改變電路的輸出狀態(tài)。V+、V－端是處于一種比較狀態(tài)，沒有“虛短、虛斷”。當Vi﹥0;電路負飽和（VOL）；當Vi﹤0;電路正飽和（VOH）；體現(xiàn)過零比較的關系。得到的方波與正弦波頻率相同。限幅電路的穩(wěn)壓管跨接在集成運放的輸出端和反相輸入端之間，如上圖所示。假設穩(wěn)壓管截止，則集成運放必然工作在開環(huán)狀態(tài)，輸出電壓不是+UOM，就是-UOM。這樣，必將導致穩(wěn)壓管擊穿而工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，DZ構(gòu)成負反饋通路，使反相輸入端為“虛地”，限流電阻上的電流iR等于穩(wěn)壓管的電流iZ，輸出電壓Uo=+Uz或Uo=-Uz。取輸出電壓偏于正飽和值，即取Uo=Uz時，加到電壓比較同向端的電壓為Uz-Udz。希望減小比較器的輸出電壓幅值，可外加雙向穩(wěn)壓管Dz。這時，輸出電壓的幅值受Dz的穩(wěn)壓值VZ限制，電路的正向輸出幅度與負向輸出幅度基本相等?；?。電阻R起限流作用，保護穩(wěn)壓管。（2）參數(shù)計算因為參數(shù)要求方波輸出電壓的峰峰值為14V，Vpp=2Vz,所以穩(wěn)壓管的反向擊穿Vz=7V3.積分電路積分電路是一種運用較為廣泛的模擬信號運算電路，它是組成各種模擬電子電路的重要基本單元，它不僅可以實現(xiàn)對微分方程的模擬，同時在控制和測量系統(tǒng)中，積分電路也有著廣泛運用，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(chǎn)生.積分電路還可用于延時和定時。在各種波形(矩形波、鋸齒波等)發(fā)生電路中，積分電路也是重要的組成部分。采用什么方法能使vo與vi間成為積分關系呢？首先想到的是利用電容C。因為其中vc，ic分別為電容兩端電壓和流過的電流，C為電容容量。所以如果能設法使電路的vo∝vc,而使vi∝ic,則vo與vi間也將成為積分關系。以上的要求可以利用集成運放來實現(xiàn).運放的反相端"虛地",vN=0,∴vo=-vc實現(xiàn)了第一個要求(vo∝vc)；又ic=i1=vs/R實現(xiàn)了第二個要求(vs∝ic)于是即τ=RC——積分電路的時間常數(shù)討論：1)以上關系是假設C兩端vco=0,若vco≠0,則2)將積分電路圖8.16與反相比例電路比較,可以看出基本積分電路也是在反相比例電路基礎上演變而得.(將RF換成C即可)3)如果在積分電路的輸入端加上一個階躍信號則可得到即vo隨時間而直線上升,但增長方向與vs極性相反。增長速度正比于vs(輸入電壓的幅值)和1/τ。利用積分電路的上述特性，若輸入信號是方波,則輸出將是三角波?？梢姺e分電路能將方波轉(zhuǎn)換成三角波。當t增加時,|vo|是否增加并趨于無窮？顯然不能。它受到集成運放的最大輸出電壓vomax的限制，當vo等于正向或負向的最大值后，便達到飽和，不再繼續(xù)增大。積分電路具有延遲作用。將vo作為電子開關的輸入電壓,即輸出端接一電子開關，當vo=6v時電子開關動作。設vs在t=0,由0變?yōu)?3v，則vo隨t線性上升。已知:R=10kΩ,C=0.05μF,vco=0，請算出vo=6v時所對應的時間T？分析：（1）虛斷：ic=i1+i2（2）由圖8.18可得當0≤t<0.5s,vs1=1(v),vs2=0當t≥0.5s時，vs1=1v,vs2=-1v,保持積分與RC振蕩時間常數(shù)一致可以使經(jīng)過積分最大幅值不改變，再經(jīng)過比例放大電路實現(xiàn)幅值的變化。所以R=1.6KO,Rp=16KO,比例積分電路中R1/R2=14/5，所以R1=10KO,R2=3.6KO.利用虛短虛斷的概念：Vn=0,Ii=0，因此有i1=i2=i，電容器C以電流i1=Vi/R進行充電。假設電容器C初始電壓Vc(0)=0，則積分是一種長見的數(shù)學運算，這里所討論的是模擬積分。輸出電壓Vo為輸入電壓vi對時間的積分.當輸入信號Vi階躍電壓時，在它的作用下，電容器將以恒流的方式進行充電，輸出電壓Vo與時間t成近似線形關系，因此Vo≈-Vit/RC=-Vit/a式中a=RC為積分時間常數(shù)。當t=a時,-Vo=Vi。當t>a,Vo增大，直到-Vo=+Vom即運放輸出電壓的最大值Vom受支流電源電壓的限制，致使運放進入飽和狀態(tài)，Vo保持不變，而停止積分。對實際的積分電路，由于集成運放輸入失調(diào)電壓，輸入偏置電流和失調(diào)電流的影響，常常會出現(xiàn)積分誤差，積分電容器的漏電流也是產(chǎn)生積分誤差的原因之一，因此可選用泄露電阻大的電容器。四.總原理圖及元件清單總原理圖2．元件清單元件序號型號參數(shù)數(shù)量備注C10.1μF/25V3陶瓷電容C20.01μF/10V2陶瓷電容C30.001μF/10V2陶瓷電容A1LM741±5V4普通運放A2AD620±18V2普通運放Rp116KO3電位器Rp212KO1電位器Rf20KO1反饋電阻R11.6KO3普通電阻R23.6KO1普通電阻R310KO2普通電阻R4100KO1普通電阻DZ1N47377V/5W2穩(wěn)壓管CAD620±18V1比較運放五．性能分析：過零比較器抗干擾性不好，過零即觸發(fā)跳躍，因為外界的環(huán)境等影響造成導致零觸發(fā)輸出信號不穩(wěn)定，比較器經(jīng)過調(diào)節(jié)可以提供極小的時間延遲，但其頻響特性受到一定限制，運算放大器正是利用了頻響修正這一優(yōu)勢而成為靈活多用的器件。另外，許多比較器還帶有內(nèi)部滯回電路，這避免了輸出振蕩，但同時也使其不能當作運算放大器使用。而實驗中用穩(wěn)壓管達到一定穩(wěn)壓作用，加之電壓跟隨器使輸出波形相對穩(wěn)定。積分性能，均指理想情況而言。實際的積分電路不可能是理想的，常常出現(xiàn)積分誤差。主要原因是實際集成運放的輸入失調(diào)電壓、輸入偏置電流和失調(diào)電流的影響。實際的C存在漏電流等。情況嚴重時甚至不能正常工作。實際應用時要注意這些問題。六.總結(jié)與心得體會由于此次是首次課程設計，我這次的設計是通過與同學的討論與認真計算設計分析所完成的，課程設計的任務一般是設計、組裝并調(diào)試一個簡單的電子電路裝置。需要我們綜合運用“模擬電子技術(shù)基礎”課程的知識，通過查閱資料、方案論證與選定；設計和選取電路和元器件；分析指標及討論，完成設計任務。在這次課程設計中，我學會了怎樣去根據(jù)課題的要求去設計電路和調(diào)試電路。動手能力得到很大的提高。從中我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練去使用我所學到的模電知識。在以后學習中我要加強對使用電路的設計和選用能力。但由于電路比較簡單、定型，而不是真實的生產(chǎn)、科研任務，所以我們基本上能有章可循，完成起來并不困難。把過去熟悉的定型分析、定量計算逐步，元器件選擇等手段結(jié)合起來，掌握工程設計的步驟和方法，了解科學實驗的程序和實施方法。這對今后從事技術(shù)工作無疑是個啟蒙訓練。通過這種綜合訓練，我們可以掌握電路設計的基本方法，提高動手組織實驗的基本技能，培養(yǎng)分析解決電路問題的實際本領，為以后畢業(yè)設計和從事電子實驗實際工作打下基礎。同時也讓我充分認識到自己的空想與實踐的差別，認識莫眼高手低，莫閉門造車，知識都在不斷更新和流動之中，而扎實的基礎是一切創(chuàng)造的源泉，只有從本質(zhì)上理解了原理，才能更好的于疑途尋求柳暗花明，實現(xiàn)在科學界的美好暢游和尋得創(chuàng)造的快樂。一切為我所用，黨老師的一句話點中了當今信息的重要，也揭示了搜尋信息的重要性，只有學會利用別人以發(fā)現(xiàn)的才可以少走彎路，盡早取得成功。最后，感謝黨老師的支持和教導，期待新的征途。參考文獻[1].華中理工大學電子學教研室編，康華光主編：《電子技術(shù)基礎》（模擬部分）第四版，高等教育出版社，1999。[2].清華大學電子學教研組編，童詩白主編：《模擬電子技術(shù)基礎》（第三版），北京：高等教育出版社，2001。[3].吳運昌編著：《模擬集成電路原理與應用》，華南理工大學出版社，1995[4].電子技術(shù)實訓教程/徐國華主編.—北京：北京航空航天大學出版社，2006.8[5].電子電路實驗與虛擬技術(shù)/范愛平編著。濟南：山東科技技術(shù)出版社，2001.09目錄第一章總論11、項目名稱及承辦單位12、編制依據(jù)43、編制原則54、項目概況65、結(jié)論6第二章項目提出的背景及必要性81、項目提出的背景82、項目建設的必要性9第三章項目性質(zhì)及建設規(guī)模131、項目性質(zhì)132、建設規(guī)模13第四章項目建設地點及建設條件171、項目建設地點172、項目建設條件17第五章項目建設方案251、建設原則252、建設內(nèi)容253、工程項目實施33第六章節(jié)水與節(jié)能措施371、節(jié)水措施372、節(jié)能措施38第七章環(huán)境影響評價391、項目所在地環(huán)境現(xiàn)狀392、項目建設和生產(chǎn)對環(huán)境的影響分析393、環(huán)境保護措施……404、環(huán)境影響評價結(jié)論……………..……………42第八章勞動安全保護與消防441、危害因素和危害程度442、安全措施方案443、消防設施…………...45第九章組織機構(gòu)與人力資源配置461、組織機構(gòu)462、組織機構(gòu)圖46第十章項目實施進度481、建設工期482、項目實施進度安排483、項目實施進度表48第十一章投資估算及資金籌措491、投資估算依據(jù)492、建設投資估算49目錄第一章總論 1第一節(jié)項目概述 1第二節(jié)可行性研究的依據(jù) 3第三節(jié)可行性研究的范圍和內(nèi)容 3第五節(jié)技術(shù)經(jīng)濟指標 4第二章項目背景和建設的必要性 5第一節(jié)項目提出的背景 5第二節(jié)項目建設的必要性 7第三章 需求分析及服務規(guī)模與標準 9第一節(jié) 需求分析 9第二節(jié) 服務規(guī)模與標準 10第四章 項目選址及建設條件 13第一節(jié)項目選址 13第二節(jié) 項目區(qū)自然條件 13第三節(jié) 項目區(qū)社會經(jīng)濟條件 18第四節(jié) 項目區(qū)基礎設施狀況 20第五章 規(guī)劃設計和建設方案 23第一節(jié)設計依據(jù)和目標 23第二節(jié)規(guī)劃方案分析 25第三節(jié)建設方案 31第六章 消防 46第七章 環(huán)保和勞動安全衛(wèi)生 47第一節(jié)環(huán)境保護 47第二節(jié)勞動安全衛(wèi)生 48第三節(jié)建議 50第八章 節(jié)能分析 52第一節(jié)概述 52第二節(jié)節(jié)能設計依據(jù) 52第三節(jié)能耗分析 53第四節(jié)節(jié)能措施 54第九章 項目組織管理和實施進度 58HYPERLINK\l"_Toc3942751