模電課程設(shè)計(jì)

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2012級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)生模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)技術(shù)學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課題名稱一種多種波形發(fā)生器設(shè)計(jì)姓名刁節(jié)元學(xué)號(hào)12565034院、系、部機(jī)械工程系專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師王鵬2014年5月30日一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：用中小規(guī)模集成芯片設(shè)計(jì)制作產(chǎn)生方波、三角波和正弦波等多種波形信號(hào)輸出的波形發(fā)生器，具體要求如下：1〕、輸出波形工作頻率范圍為0.02HZ~20KHZ，且連續(xù)可調(diào)；2〕、正弦波幅值±10V，失真度小于1.5%；3〕、方波幅值±10V；4〕、三角波峰-峰值20V，各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)；5〕、采用Multisim10軟件方法仿真電路,給出并分析仿真結(jié)果。指導(dǎo)教師簽名：2014年6月日二、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師簽名：2014年6月日三、成績(jī)指導(dǎo)教師簽名：2014年6月日目錄TOC\o"1-9"\h\u128501設(shè)計(jì)目的4137382設(shè)計(jì)思路4103783設(shè)計(jì)過(guò)程413443.1方案論證419403.2電路設(shè)計(jì)5199413.3仿真結(jié)果與分析738294主要儀器與設(shè)備12235265設(shè)計(jì)體會(huì)與建議1382295.1設(shè)計(jì)體會(huì)13327455.2對(duì)設(shè)計(jì)的建議134617參考文獻(xiàn)14一種多種波形發(fā)生器設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)目的熟悉集成電路的引腳安排。

〔2〕掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。

〔3〕了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。

〔4〕了解多種波形發(fā)生器的組成及工作原理。

〔5〕熟悉多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作。2設(shè)計(jì)思路波形產(chǎn)生電路通?？刹捎枚喾N不同電路形式和元器件獲得所要求的波形信號(hào)輸出。波形產(chǎn)生電路的關(guān)鍵局部是振蕩器，而設(shè)計(jì)振蕩器電路的關(guān)鍵是選擇有源器件，確定振蕩器電路的形式以及確定元件參數(shù)值等。具體設(shè)計(jì)可參考以下思路。①用正弦波振蕩器產(chǎn)生正弦波輸出，正弦波信號(hào)通過(guò)變換電路得方波輸出〔例如用施密特觸發(fā)器〕，用積分電路將方波變換成三角波或鋸齒波輸出；②利用多諧振蕩器產(chǎn)生方波信號(hào)輸出，用積分電路將方波變換成三角波輸出，用折線近似法將三角波變換成正弦波輸出；③用多諧振蕩器產(chǎn)生方波輸出，方波經(jīng)濾波電路可得正弦波輸出，方波經(jīng)積分電路可得三角波輸出；④利用單片函數(shù)發(fā)生器568038，集成振蕩器E1648及集成定時(shí)器555等可靈活地組成各種波形產(chǎn)生電路。3設(shè)計(jì)過(guò)程3.1方案論證1〕多種波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案如圖1所示。文氏橋振蕩器方波形成電路三角波形成電路頻率選擇控制直流電源正弦波三角波方波圖1用正弦波振蕩器實(shí)現(xiàn)多種波形發(fā)生器的方框圖方案的工作原理：此次，多種波形發(fā)生器的實(shí)驗(yàn)，從設(shè)計(jì)思路可以看出，主要用到了正弦波振蕩器，施密特觸發(fā)器，積分電路等?；诒緦W(xué)期我們已經(jīng)掌握的模擬電路課程的知識(shí)。我采用了如下設(shè)計(jì)方案：1.將220V的交流電經(jīng)過(guò)單相橋式整流電路變換為直流電。完成這一任務(wù)主要靠二極管的單向?qū)щ娮饔茫虼硕O管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。2.用正弦波振蕩器產(chǎn)生正弦波輸出，其中的選頻網(wǎng)絡(luò)可以調(diào)整輸出波形的頻率。3.用施密特觸發(fā)器使正弦波信號(hào)通過(guò)變換電路得方波輸出。4.用積分電路將方波變換成三角波輸出。從而得到能發(fā)出三種波形的波形發(fā)生器。文氏橋振蕩器(RC串—并聯(lián)正弦波振蕩器)產(chǎn)生正弦波輸出，其主要特點(diǎn)是采用RC串—并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為選頻和反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，其振蕩頻率f0=l/(2πRC)，改變RC的數(shù)值，可得到不同頻率的正弦波信號(hào)輸出。為了使輸出電壓穩(wěn)定，須采用穩(wěn)幅措施。用集成運(yùn)放構(gòu)成電壓比擬器，將正弦波信號(hào)變換成方波信號(hào)輸出。用運(yùn)放構(gòu)成積分電路，將方波信號(hào)變換成三角波或鋸齒波信號(hào)輸出。3.2電路設(shè)計(jì)通過(guò)上網(wǎng)查閱資料，我了解到了RC正弦波振蕩電路有兩局部組成，其中一局部為放大電路，另一局部為選頻網(wǎng)絡(luò)以到達(dá)輸出的各種波形工作頻率范圍0.02Hz~20kHz連續(xù)可調(diào)的目的。其原理圖如下所示：圖中，左邊框中的內(nèi)容為選頻網(wǎng)絡(luò)，右邊框中的內(nèi)容為放大電路。文氏橋正弦波發(fā)生器是由集成運(yùn)放和文氏橋反應(yīng)電路組成的。圖中，C1,R3和C2,R4是文氏橋的兩臂，構(gòu)成正反應(yīng)電路；電阻R1和R2構(gòu)成負(fù)反應(yīng)電路；振蕩條件由兩個(gè)反應(yīng)電路的參數(shù)決定。文氏橋正弦波發(fā)生器用來(lái)產(chǎn)生低頻正弦信號(hào)。為便于起振，要適當(dāng)削弱負(fù)反應(yīng)，即R1比理論值略大些或R2比理論值略小些。根據(jù)如上原理圖，我設(shè)計(jì)了文氏電橋振蕩器電路，并使用Multisim對(duì)該單元電路功能進(jìn)行仿真測(cè)試。最上方為選頻網(wǎng)絡(luò)，考慮到輸出正弦波的穩(wěn)定，我在文氏電橋振蕩器電路中增加了穩(wěn)壓的局部，以到達(dá)輸出正弦波穩(wěn)定的作用。其穩(wěn)壓的工作原理如下：當(dāng)6端即輸出端的輸出電壓增大時(shí)，由于二極管的單向?qū)щ娦院蛯?dǎo)電后鉗位的特點(diǎn)，輸出端電壓增加便會(huì)導(dǎo)致2端即反相輸入端的電壓的增加，使V3-V2的值減小，從而使輸出適當(dāng)?shù)淖冃?，以到達(dá)穩(wěn)壓的目的。同理，當(dāng)6端即輸出端的輸出電壓減小時(shí)，由于二極管的單向?qū)щ娦院蛯?dǎo)電后鉗位的特點(diǎn)，輸出端電壓減小便會(huì)導(dǎo)致2端即反相輸入端的電壓的減小，使V3-V2的值增加，從而使輸出適當(dāng)?shù)脑黾?，以到達(dá)穩(wěn)壓的目的。此文氏電橋振蕩器電路輸出的正弦波形如下：如下圖,正弦波幅值在誤差允許的范圍內(nèi)，失真度小于1.5％3.3仿真結(jié)果與分析首先對(duì)各局部電路進(jìn)行分析1〕將220V的交流電經(jīng)過(guò)單相橋式整流電路變換為直流電局部單相橋式整流電路原理圖如下：其利用了二極管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娮優(yōu)橹绷麟?，并?jīng)過(guò)電容的濾波，使其變得平穩(wěn)。Multisim仿真圖：將220v交流電轉(zhuǎn)為直流電源：2〕用施密特觸發(fā)器使正弦波信號(hào)通過(guò)變換電路得方波輸出局部如圖，為使用555電路設(shè)計(jì)的施密特觸發(fā)器用來(lái)輸出方波。Multisim仿真圖：輸出的方波波形：使用積分電路將方波轉(zhuǎn)換為三角波局部。其原理圖如下：Multisim仿真圖：輸出三角波波形：最終將各局部電路組合成多種波形發(fā)生器如圖,為我們?cè)O(shè)計(jì)的多種波形發(fā)生器，能產(chǎn)生三種波形：正弦波，方波和三角波。其中由兩個(gè)單相橋式整流電路為電路提供直流電源。下局部別為文氏電橋振蕩器電路，施密特觸發(fā)器電路和積分電路。分別輸出正弦波，方波和三角波。如圖，兩個(gè)示波器顯示如下：輸出方波和正弦波：輸出三角波：4主要儀器與設(shè)備文氏橋振蕩電路中所需原件：７４１運(yùn)放一個(gè)，量程100千歐姆電位器三個(gè)，量程為10千歐姆的電位器一個(gè)，75歐姆的電阻三個(gè)，10千歐姆的電阻兩個(gè)，普通二極管兩個(gè)，紅色發(fā)光二極一個(gè)，0.01uF、0.1uF、1uF、10uF電容各兩個(gè)。滯回比擬器中所需原件：７４１運(yùn)放一個(gè)，量程為10千歐姆的電位器兩個(gè)，75歐姆的電阻，100歐姆的電阻一個(gè)，25千歐姆的電阻兩個(gè)，10千歐姆的電阻兩個(gè)，穩(wěn)壓管兩個(gè)，普通二極管兩個(gè)，紅色發(fā)光二極一個(gè)。在積分電路中所需原件：７４１運(yùn)放一個(gè)，量程100千歐姆電位器一個(gè)，量程為10千歐姆的電位器一個(gè)，75歐姆的電阻一個(gè)，10千歐姆的電阻一個(gè)，紅色發(fā)光二極一個(gè)，0.1uF電容一個(gè)。具體所需元器件如下:元件名稱參數(shù)數(shù)量741運(yùn)放3發(fā)光二極管LED(紅)3滑動(dòng)變阻器10K歐4滑動(dòng)變阻器100K歐4電阻75歐5電阻100歐1電阻1K歐1電阻10K歐1電容0.01u2電容0.1u3電容1u2電容10u2二極管普通4穩(wěn)壓管6v穩(wěn)壓25設(shè)計(jì)體會(huì)與建議5.1設(shè)計(jì)體會(huì)通過(guò)對(duì)多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我把理論聯(lián)系到實(shí)際，把這個(gè)學(xué)期所學(xué)的模擬電路的知識(shí)和數(shù)字電路的知識(shí)真正在實(shí)踐中聯(lián)系起來(lái)。而且通過(guò)對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也穩(wěn)固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書(shū)本上的知識(shí)，明白了學(xué)以致用的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因。他是為了教會(huì)我們?nèi)绾芜\(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際的問(wèn)題，提高我們的動(dòng)手能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我感覺(jué)調(diào)試局部是最難的，因?yàn)槔碚撚?jì)算的值在實(shí)際當(dāng)中并不一定是最正確參數(shù)，我們必須通過(guò)觀察效果來(lái)改變參數(shù)的數(shù)值以期到達(dá)最好。而參數(shù)的調(diào)試是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的積累過(guò)程，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)是不可能在短時(shí)間內(nèi)將其完成的，因此我在這方面也花了很多的時(shí)間進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)的積累5.2對(duì)設(shè)計(jì)的建議1〕在如上圖所示的文氏電橋振蕩器電路中，頻率不能到達(dá)連續(xù)可調(diào)。根據(jù)式：。于是我想到用可變電阻代替原來(lái)的定值電阻，通過(guò)改變電阻的阻值，使頻率能在一定范圍內(nèi)連續(xù)可變。2〕由于起初的輸出不穩(wěn)定，我想到了使用二極管單向?qū)щ姾豌Q位的特性，從而到達(dá)了穩(wěn)定輸出的目的。參考文獻(xiàn)[1]