设计制作一个产生方波三角波正弦波函数转换器.doc

模拟电路课程设计报告设计课题： 设计制作一个产出方波/三角波/正弦波函数发生器 专业班级： 通信工程 学生姓名： 学号：12042122 指导教师： 设计时间： 2月20 设计制作一个产生方波三角波正弦波函数转换器一：设计任务和要求1. 输出波形频率范围为0.2KHz20kHz且连续可调；2. 正弦波幅值为2V，；3. 方波幅值为2V；4. 三角波峰-峰值为2V，占空比可调；二：方案设计与论证设计一个电路要求产生三种不同的波形，分别为方波三角波正弦波。方波可以由三角波通过滞回比较电路来产生得到，三角波可以由方波通过积分电路来产生得到，正弦波可以由低通滤波电路或者差分电路产生得到。波形产生电路(1) 三角波方波正弦波 方波 三角波 正弦波电压（滞回）比较器积分运算电路二阶低通滤波电路电路如图所示： 图二：利用低通滤波电路实现波形转换三元件分析波形产生电路部分的参数设计方波要求幅值为2V，三角波要求峰峰值为2V.利用同相滞回比较器和积分运算电路分别产生方波和三角波。图中滞回比较器的输出电压，即方波的输出幅值=，其中由稳压管确定，由于没有稳压值为2V的稳压管，所以在稳压管的两端并联一个10K的电位器，以达到输出电压为2V的要求。比较器的输入电压是积分电压是积分电路的输出电压，根据叠加原理，集成运放同相输入端的点位为: 令，则阈值电压： 积分电路的输入电压是滞回比较器的输出电压，而且不是+，就是，所以输出电压的表达式为： Uo2=(1/R7C)Uo1(t1t0)Uo2(t0)式中为初态时的输出电压，设初态时正好从跃变为,则上式可变为 Uo2=(1/R7C)Uz(t1t0)Uo(t0)积分电路反向积分，随时间的增长线性下降，一旦，再稍减小，将从跃变为，则 Uo2=(1/R7C)Uz(t2t1)Uo(t1)综上所述，是方波，为三角波，幅值为。由上，正向积分的起始值为，终了值为，积分时间为二分之一周期，将它代人上式得: +UT=(1/R7C)UZT/2+(-UT)式中，经整理得振荡周期为 T=4R8R7C1/R1振荡频率为 f=R1/4R7R8C1调节电路中，,的阻值和电容C的容量，可以改变振荡频率，而调节和的阻值，可以改变三角波的幅值。因为方波的幅值为2V,三角波的峰峰值为2V,所以,取=20K, =10K, 为了更好的调节出波形，取为10K的电位器，取C=0.33Uf,又为200HZ20KHZ,得为757.5K，所以取为10K的电位器三角波经二阶低通滤波电路后形成正弦波，其中：C2=C3=C=470nF传递函数为令s=jw, fo=1/2RC,则电压放大倍数 要求正弦波的幅值为2V，则，=2即Aup=R6/R5=2所以取R3=R4=1K , R6=20K, R5=10K, C2=C3=470nF三、总原理图及元器件清单1、 总原理图图七：总原理图2、 元件清单元件序号型号主要参数数量备注（价钱）变压器15V19元三端稳压器W 781211.0元三端稳压器W791211.0元电阻R5、R220.1元电阻R3、R41K20.1元电阻R1、R620K20.1元芯片UA74131.0元电位器R7、R8、R9、R1010K41.0元电容C1、C23.3mF21.5元电容C3、C4、0.22uF20.2元电容C2、C30.47uF20.2元电容C5、C6100nF20.2元电容C1330nF10.1元二极管1N400760.1元发光二极管LED1、LED220.3元稳压管3.3V20.2元红黑夹子90.2元五、安装与调试方波、三角波、正弦波（1）按所设计得电路图焊接电路板。（2）经调试后用示波器可测得各输出端的波形为： 图八：方波输出波形图九：三角波输出波形 图十：正弦波输出波形六、性能测试与分析 方波三角波正弦波发生器（1）数据记录a方波 峰-峰值：Up-p= 幅值为：U=4.0/2=2.0V 误差分析：相对误差=%=0%b三角波 峰-峰值：Up-p=21 幅值为：U=2/2=1.0V 误差分析：相对误差=(1-1)/1%=1.0% C. 正弦波峰-峰值：Up-p=6.22=12.4V 有效值为：U=12.42.828=4.38V幅值为：4.382=2.19V频率调节范围为：215.14HZ9.35KHZ误差分析：相对误差=(2.19-2)2%=9.5%误差产生的原因：电路原理存在缺陷，参数设计的不够合理，导致与理想值存在差距；电子元器件存在缺陷，比如电阻电容不够理想等；电路中所用的电位器很多，在调试中，很难跳到非常准确的数据；测试时间过长导致电路板温度升高影响测量值。电路焊接不好，接点接触不良等造成的误差。直流源带负载能力不是很强，对数据的测量造成误差。220V 50HZ电网不稳定，造成误差。万用表的不够灵敏，精确度不高，造成读数误差。 （9） 由于人为因素导致的读数及画图不够精确。七、结论与心得结论： 通过滞回（电压）比较电路、积分电路可使方波和三角波互相转换； 正弦波可通过不同的方案得到，要根据一定的条件选择，设计电路； 方波变为三角波时的占空比为0.5，在R7与C1之间接一个电位器可 以改变方波的占空比，从而可以得到锯齿波； 通过不同的方法，计算合理的参数可以让不同的波形进行相互转换； 在电路中，稳压管有很大的作用，通过稳压可以输出规则的波形，而 且稳压管选择也要注意，不能太大，否则输出波形会失真。模拟电路课程设计心得体会 课程设计主要的环节也就是找资料设计电路，算参数，购买元件，写实验报告等一些看是简单的过程，但是，要想做得很好，也不是件容易的事情，我觉得。最难的环节就是确定设计的电路了，因为电路设计的好坏，直接影响到焊接电路板的难易程度以及在测试数据过程的成与败了。而且还应该要考虑到元器件的购买。在焊电路板时，要认真有利的排版，不然在焊接的时候会造成不必要的麻烦，而且还影响美观。焊点太多的同时可能会造成短接，这样会毁掉整个电路，而且在焊接的过程中要注意线的连接，不能接错或者没接，同时还要注意是否会有虚焊。在调试的过程中，有可能会因为器件或仪器的原因导致一些数据偏离理论数据很大，这时不要太烦躁，要细心点，有可能是有的电位器还没调试好。在测试直流源的时候，要注意安全，在变压器的一段不要有裸露的线。在焊接的时候还要注意一些重要的器件的焊接，如电解电容的正负极，7812,7912的脚的焊接位置。经过这次的课程设计，我对一些电路的作用有更深刻地了解，而且还锻炼了自己的焊接技术。总的来说整个实验过程还是蛮顺利的，这多亏了老师的指导和小组讨论的结果及建议。这次实验还有些建议：1. 因为担心输出波形会失真，所以稳压管的选择偏小。其实可以用大一点的稳压管，然后用电位器来分压调节。2. 在焊接时，器件的脚不要剪得太长或者太短，太长会有很长的金属裸露，在测试的时候容易因为不知易导致短接，太短则不易焊接。3. 在7812和7912 两端要接一个二极管用来保护元器件。4. 在选择电容和电位器时，一定要算好参数，否则在测试的时候频率不易达到要求，C1要选择小一些，而改变频率的电位器用大