课程设计--同频率方波、三角波、正弦波一体发生器.docx

模拟电子技术课程设计报告 课程名称： 模拟电子技术 设计题目： 同频率方波、三角波、正弦波一体发生器 学生姓名： 吕 驰 专 业： 测控技术与仪器 班级学号： 102028237 指导教师： 郭彩萍 设计日期： 2012 年 6 月 27 日 至 2012 年 7 月 4 日 设计成绩总评： 摘要在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域经常需要用到各种各样的信号波形发生器。用三角波方波发生电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标都有了很大的提高。因此本设计意在用741放大器设计一个产生方波-三角波-正弦波的函数转换器。为了使这三种波形实现转换需要设计一个电路将直流电转换成方波和三角波继而将三角波转换成正弦波。首先直流电源通过一个同相滞回比较电路转换为方波，方波通过一个积分电路转换为三角波，最后经滤波电路，rc振荡电路产生转换为正弦波。从而实现转换器的设计。ni multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。本设计就是利用multisim软件进行电路图的绘制并进行仿真。 关键词：振荡电路；电压比较器；积分电路；低通滤波电路。同频率方波、三角波、正弦波一体发生器一、 设计任务与要求1 设计、组装、调试同频率方波、三角波、正弦波一体发生器。2 设计迟滞比较器方波产生电路，频率为10khz可调3 设计一有源滤波器，经滤波电路得到的正弦信号幅度峰峰值为6v以上；4 输出波形：方波、三角波、正弦波；二、 方案设计与论证 1. 方案(一)设计一个产生方波三角波正弦波函数转换器包括同相滞回比较器和积分电路组成与滤波电路。 方波三角波转换电路如图所示此部分由同相滞回比较电路和积分电路组成。同相滞回比较器的输出高、低电平分别为uoh=+uz,uol=-uz即为方波的幅值。滞回比较器的阈值电压ut为三角波的峰峰值。 方波三角波转换电路滤波法实现三角波与正弦波的转换。要求输入三角波电压u1的最低频率为fmin则其最高频率fmax小于3fmin就可以利用低通滤波器将三角波变换为正弦波. 三角波转正弦波电路 总电路图 2. 方案(二) 方波三角波转换电路与方案一相同，三角波正弦波转换电路用折线法实现，其电路频率可选较大差值。 总电路图 3. 方案论证我选的是第一个方案，上述两个方案均可以产生三种波形。方案二的电路复杂，有过多焊接部分，而且较浪费元器件，但是方案的在调节的时候比较方便可以很快的调节出波形。方案一电路简洁利于焊接可以节省元器件，但是在调节波形的频率值时有一定的限度，由于整个电路时一起的只要调节前面部分就会影响后面的波形，所以选用方案一也可以达到要求。三、 单元电路设计与参数计算1.方波三角波转换电路包括同相滞回比较器和积分电路组成.a.如图所示，在电路的左边为同相滞回比较器，右边为积分运算电路。同相滞回比较器的输出高低电平分别为uoh=+uz，uol=-uz积分运算电路的输出电压uo作为输入电压，a1同相输入端的电位up1=uo1r1/(r1+r2+r6)+uo(r2+r6)/(r1+r2+r6)令up1=un1=0，并将uo1=uz带入得ut=uzr1/(r2+r6)电路的振荡原理:合闸通电，通常c 上电压为0。设uo1 up1 uo1，直至uo1 uz；积分电路反向积分，t uo，一旦uo过 ut ，uo1从 uz跃变为 uz。积分电路正向积分，t uo， 一旦uo过 ut ， uo1从 uz跃变为 uz ，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。由于积分电路反向积分和正向积分的电流大小均为uo1/(r3+r7)，使得u0在一个周期内的下降时间和上升时间相等，且斜率的绝对值也相等，因而将方波转换为三角波。b.主要参数估算：1)振荡幅值在如图所示的三角波方波发生电路中，因为积分电路的输出电压就是同相滞回比较器的输入电压，所以三角波的幅值为uom=ut=uzr1/r2因为方波的幅值决定于由稳压管组成的限幅电路，所以uoh=+uz，uol=uz2) 振荡周期在图3中，在振荡的二分之一周期内，起始值为ut，终了值为+utut=uzt/21/r3c-ut得到t=4r1(r3+r7)c/(r2+r6)积分器的输出uo=1/（r3+r7）uo1dtuo1=+vcc时，uo2=（+vcc）t/(r3+r7)c1可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下图所示。 方波三角波的波形变换比较器与积分器首尾相连，形成闭环回路，则自动产生方波三角波，三角波的幅度为uo2=vccr1/(r3+r7)方波三角波的频率为 f= (r2+r6)/4r1(r3+r7)c.参数计算：比较器a1与积分器a2的元件计算如下：得u02m=vccr1/(r2+r6)即r1/(r2+r6)=1/3取r1=10k，则r2+r6=30k，取r2=20k，r8为20k的点位器。区平衡电阻r4=r1/(r2+r6)10k由式f= (r2+r6)/4r1(r3+r7)即r3+r7=(r2+r6)/4r1c1当0.02hzf20khz时，取c1=0.1f，则r3+r7=1.51.5k，取r3=1k，r8为20k电位器。 方波三角波转换电路2.三角波转换为正弦波.利用低通滤波器将三角波变换为正弦波. 由rc串联接一个同相比例运算电路组成一个一阶有源低通滤波器，滤出一部分干扰，得到想要的波形. 在电路中，当信号频率趋于零时，同相输入端的电位up=ui，故电路的通带放大倍数等于同相比例运算电路的比例系数，即aup=up/ui=1+r11/r12电路的电压放大倍数au=uo/ui=(1+rf/r1)up/ui=aup/(1+jwrc)=aup/1+jf/fp其中， fp=f0=1/2rc当c1=c时，f0=1/2rc。所以取c1=0.1f，r1=r2=500，r3取最大阻值为100k的电位器。 三角波转换为正弦波电路四、 总原理图及元器件清单 1.总原理图 方波、三角波、正弦波转换电路2.元件清单元件型号 主要参数数量备注放大器7413稳压管1n4735a 稳压值6v2滑动变阻器 100k1滑动变阻器 20k1电阻 0.5k2电阻 0.51k1电阻 1k3电阻 10k1电阻 112k1电容 1uf2电源 12v3电源 -12v3示波器 xsc3五、 安装与调试1.调试方波三角波产生电路a. 接入电源后，用示波器进行双踪观察；b. 调节r3，使三角波的幅值满足指标要求；c. 调节r8，微调波形的频率；d. 观察示波器，各指标达到要求后进行下一部安装2.调试三角波正弦波变换电路a. 接入直流源后，把c1接地；b. 在r11端接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压，当输出波形刚好不失真时记入其最大不失真电压；3.总电路的安装与调试a. 把两部分的电路接好，进行整体测试、观察b. 针对各阶段出现的问题，逐个排查校验，使其满足实验要求，即使正弦波的峰值为6v。六、 性能测试与分析1. 方波三角波产生电路仿真方波仿真结果三角波仿真结果方波三角波转换仿真结果2.三角波正弦波变换电路仿真正弦波仿真结果三角波正弦波转换仿真结果总的仿真结果七、 结论与心得1、通过这次课程设计，加强了动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，通过几个个方案包括设计了一套电路原理和其他类型的各种电路原理。通过对他们的比较和认识，找到了简单、正确的方法。2、通过对输出波形条件的限制，要求能更深次地理解各种器件的原理及使用规则，对具体的情况做到正确的判断，提高了我们对书本知识的掌握，也把我们从理论水平提高到实践水平。 3、做课程设计时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。4、在对各种方案进行排查时，我们才了解到我们现在的知识水平还很有限，需要我们自己拓展，要多看一些关于其他类型的见解。才能帮助我们进行排查。5、尽管课程设计是在期末才开始，我们的教材学习完毕，掌握许多知识，但是还有很多地方理解领悟不到位，只得参考其他文献，在multisim中试行操作，逐步摸索。进行电路的仿真。6、从理论到实践，在一个多星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中