數(shù)電課程設(shè)計(jì)(絕對(duì)獨(dú)創(chuàng))

信號(hào)產(chǎn)生與變換思路的設(shè)計(jì)摘要：波形發(fā)生器是一種非常普遍的信號(hào)源，廣泛的應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。它是能夠自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等電壓波形的電路，其電路形式可以采用由運(yùn)放及分離元件構(gòu)成；也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。而根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，本課題介紹產(chǎn)生方波、三角波、標(biāo)準(zhǔn)正弦波以及三倍頻正弦波形的波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案。在《模擬電子技術(shù)》和《數(shù)字電子技術(shù)》的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，針對(duì)課程要求，本電路由電阻、電容、運(yùn)算放大器和經(jīng)典的555定時(shí)器組成，設(shè)計(jì)時(shí)用到的運(yùn)算放大器為LM324集成運(yùn)放。本文利用脈沖數(shù)字電路原理設(shè)計(jì)了多種波形發(fā)生器，該波形發(fā)生器首先通過555數(shù)字芯片組成的多諧振蕩器產(chǎn)生一個(gè)頻率為的方波，然后方波通過積分電路，濾波電路和帶通濾波電路分別實(shí)現(xiàn)三角波、正弦波和正弦三次諧波的輸出。關(guān)鍵詞：多諧振蕩器；積分電路；濾波電路；帶通濾波電路1、設(shè)計(jì)思路與整體框圖在本信號(hào)產(chǎn)生與變換電路中，要求使用定時(shí)器和產(chǎn)生四種波形，分別為方波、三角波、正弦基波和正弦三次諧波。且幅值均不小于。根據(jù)題目要求,本次設(shè)計(jì)的完成思路是，首先由定時(shí)器組成多諧振蕩器產(chǎn)生方波，然后由組成積分電路將方波轉(zhuǎn)化為三角波，再用二階濾波電路將方波轉(zhuǎn)化為正弦波，最后，將方波引入另一個(gè)LM324組成的二階有源帶通濾波電路，得到三次諧波。如圖為整體設(shè)計(jì)思路：圖1-1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖2、硬件電路設(shè)計(jì)2.1方波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算圖2-1方波產(chǎn)生原理圖2.1.1方波產(chǎn)生電路的參數(shù)設(shè)計(jì)圖2-1所示電路的占空比已經(jīng)固定不變，本電路可以看成占空比可調(diào)時(shí)的可變電阻為，圖中，通過向電容充電，充電時(shí)間為：，電容器通過及中的三極管放電，放電時(shí)間為：，因而振蕩頻率為：,電路輸出波形的占空比為,代入電路中的設(shè)計(jì)參數(shù)后可得，占空比為。2.2三角波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算圖2-2三角波產(chǎn)生原理圖2.2.1三角波產(chǎn)生電路的參數(shù)設(shè)計(jì)將多諧振蕩器輸出的方波信號(hào)，通過積分電路的輸入輸出特性可知：輸出將為輸入的積分關(guān)系，通過的值即可調(diào)節(jié)三角波輸出的斜率值。2.3正弦基波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算圖2-3正弦基波產(chǎn)生原理圖2.3.1三角波產(chǎn)生電路的參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)方波的傅立葉分析可知，其可以分解為與方波頻率相同的正弦基波以及幅值不同的各次諧波分量疊加而成。通過二階有源低通濾波電路，將其正弦基波分量濾出，從而實(shí)現(xiàn)正弦基波的輸出。由二階有源濾波電路可知，其同相輸入端電壓為：而和的關(guān)系為，對(duì)節(jié)點(diǎn)列寫方程可得：，聯(lián)立上式求解并令,代入傳遞函數(shù)后可得，電路的傳遞函數(shù)為：，由傳遞函數(shù)可知：只有當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)才能穩(wěn)定工作。2.4三次正弦波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算根據(jù)從方波中提取正弦基波的傅里葉分析等原理，在三次正弦諧波分量的提取中，考慮到三次正弦波的頻率為基波分量角頻率的三倍，基于此我們采用低通濾波和高通濾波組成的帶通濾波電路來完成三次正弦波的提取。由有源帶通濾波電路的傳遞函數(shù)同正弦基波電路參數(shù)計(jì)算，令帶入其中，并令，則有，式中為同相比例放大電路的電壓增益，同正弦基波提取相同，才能使電路穩(wěn)定的工作當(dāng)時(shí)，電路具有最大的增益，此時(shí)也即是我們所需提取出的三次正弦波的角頻率。進(jìn)而確定電路中的的參數(shù)值，完成本二階帶通濾波電路的參數(shù)計(jì)算。圖2-4正弦三次諧波產(chǎn)生原理圖電路仿真結(jié)果 3.1方波仿真圖3.2三角波仿真圖3.3正弦基波仿真圖3.4三次諧波仿真圖電路實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析開始的時(shí)候，對(duì)軟件還沒完全熟悉。所以經(jīng)常會(huì)遇到一些仿真失敗的問題。不過后來都通過網(wǎng)上找資料以及查閱專業(yè)書《模擬電子技術(shù)》和《數(shù)字電子技術(shù)》等方法解決了，從中也學(xué)到了不少東西。深刻了解到仿真與實(shí)際電路有非常大的差別，雖然仿真成功了，但電路真正做出來的時(shí)候就幾乎是錯(cuò)的。了解方波的設(shè)計(jì)比較容易而正弦三次諧波就相對(duì)來說難一點(diǎn)。必須在計(jì)算的基礎(chǔ)上在不斷的通過仿真調(diào)試才能達(dá)到要求的電路參數(shù)。經(jīng)過不斷的調(diào)試，

輸出的各波形的參數(shù)范圍有些許的偏差，是因?yàn)樵?/p>