模拟电子技术基础课程设计（论文）-幅度频率可调的锯齿波发生器.doc

2 辽 宁 工 业 大 学模拟电子技术基础课程设计（论文）题目：幅度频率可调的锯齿波发生器院（系）：电气工程学院专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起止时间：2012.7.22012.7.112 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室：电子信息工程学 号10030学生姓名专业班级课程设计（论文）题目幅度频率可调的锯齿波发生器课程设计（论文）任务设计任务：1.现设计并制作能产生锯齿波波形信号输出的函数发生器。2.设计电路所需的直流稳压电源。功能要求：1.输出的波形工作频率范围0.02Hz1kHz连续可调2.方波幅值10V。3.波峰峰值20V；各种输出波形幅值均连续可调。设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。进度计划1、了解任务，查阅资料，理解掌握电路的设计要求。（1天）2、设计积分电路，锯齿波发生器。（2天）6、撰写、打印设计论文（1天）4、确定各个原件参数。（2天）5、对个单元电路以及整体电路进行软件仿真。（2天）3、设计直流稳压电源电路。（2天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 成绩： 指导教师签字： 年 月 日15摘要在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波是常用的基本测试信号。在无线电通信，测量，自动化控制等技术领域广泛地应用着各种类型的信号发生器此外，如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转板加上随时间作线性变化的电压锯齿波电压，使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。而电视机中显像管荧光屏上的光点，是靠磁场变化进行偏转的，所以需要要用锯齿波电流来控制。因此锯齿波发生器是我们在学习，科学研究等方面不可缺少的工具。关键字：锯齿波发生器;直流稳压电源;迟滞比较器。第1章 绪论1.1幅度频率可调的锯齿波发生器应用意义在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波是常用的基本测试信号。在无线电通信，测量，自动化控制等技术领域广泛地应用着各种类型的信号发生器此外，如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转板加上随时间作线性变化的电压锯齿波电压，使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。而电视机中显像管荧光屏上的光点，是靠磁场变化进行偏转的，所以需要要用锯齿波电流来控制。因此锯齿波发生器是我们在学习，科学研究等方面不可缺少的工具。1.2幅度频率可调的锯齿波发生器设计的要求及技术指标要求：1.现设计并制作能产生锯齿波波形信号输出的函数发生器。2.设计电路所需的直流稳压电源。技术指标：1.输出的波形工作频率范围0.02Hz1kHz连续可调2.方波幅值10V。3.波峰峰值20V；各种输出波形幅值均连续可调。第2章 幅度频率可调的锯齿波发生器设计方案论证2.1设计方案论证方案(一) 设计一个集成电路，可以直接对其进行调频调幅。这种电路的性能好，而且使用能力强，工作范围大。但是这种电路大多采用集成元件，成本较高。并且它的工艺要求较高，焊接等技术要求都很高。因此不易选择此设计方案。方案(二)设计一个锯齿波发生器和一个稳压源。锯齿波发生电路需要同相输入迟滞比较器和充放电时间常数不等的积分器构成。这种设计基于电路简单，性能较为良好，器件选择灵活,并且器件价格便宜。因此本次设计选择此方案。2.2总体设计方案框图及分析直流稳压电路锯齿波发生电路 图 2.1 框图 分析：设计锯齿波发生电路来产生方波幅值10V和波峰峰值20V的锯齿波，并且可以调解输出波形的频率在0.02Hz1kHz之间，锯齿波发生电路中的迟滞比较器是需要直溜稳压电源供电，因此还需要一个稳压电路来提供电压工作。 第3章 幅度频率可调的锯齿波发生器各单元电路设计3.1幅度频率可调锯齿波电路设计发生器的电路如图3.3所示， 锯齿波发生电路由同相输入迟滞比较器（A1）与充放电时间常数不等的积分器（A2）两部分构成。 两部分图如下：图3.1同相输入迟滞比较器图3.2充放电时间常数不等的积分器图3.3锯齿波发生器电路图Vp1=考虑到电路翻转时，有Vn1Vp1=0,即得VI=Vth= 由于Vo1=Vth,则可求出上、下门限电压和门限宽度为Vt+=Vt-=Vt=Vt+-Vt-= （3-1）若忽略二极管的正向电阻，其振荡周期为T=T1+T2 = = f= （3-2）3.2直流稳压源电路设计在此设计的直流稳压源选择了使用继承稳压元器件。由于锯齿波电路中的迟滞比较器（A1）与积分器（A2）都是双电源供电，因此我们需要LM317与LM337。与78*和79*相比输出电压的调节范围大，并且LM337与LM317外接的元件很少。LM317集成稳压电路图如下。LM317是常见的可调集成稳压器，最大输出电流为2.2A，输出电压范围为1.2537V。其接法如下： 图3.4LM317集成稳压电路图1，2脚之间为1.25V电压基准。为了保证稳压器的输出性能，R1应小于240。改变R2阻值即可调整稳压电压值。D1，D2的作用是用于保护LM317。Uo=（）*1.25 (3-3) LM337稳压器是与LM317对应的负压三端可调集成稳压器，它的工作原理和电路结构与LM317的相似。第4章 幅度频率可调的锯齿波发生器整体电路设计4.1整体电路图及工作原理整体电路图如下：图4.1整体电路图工作原理：直流稳压源接通电源，在LM317和LM337为核心的稳压电路正常工作供电，接通开关S1和S2。锯齿波发生电路中，当t=0时电源接通，有Vo1=-Vz,则-Vz经向充电，使输出电压按接线规律增长。当Vo1上升到门限电压Tt使Vp1=Vn1,比较器输出Vo1由-Vt上跳到+Vt，同时门限电压下跳到Vt-值。以后Vo1=+Vz经R6和D、R5两支路向C反向充电，由于时间常数减小，Vo迅速下降到负值。当Vo下降到下门限电压Vt-使Vp1Vn1时，比较输出Vo1又由+Vz下跳到负值。如此周而复始，产生振荡。由于电容C的正向与反向充电时间常数不相等，输出波形Vo为锯齿波电压，Vo1为矩形波电压，如下图所示。图4.2矩形波和锯齿波对比4.2电路参数计算锯齿波发生电路中R5R6=R7=10k,R4=10k,由公式（3-1）及要求的方波幅值10V，波峰峰值20V，即Vom=20.这样稳压管应使得Vth=10V。并且R3=10。由公式（3-2）及输出的波形工作频率范围0.02Hz1kHz连续可调，且公式中其它见参数已定，则R8max=200k。直流稳压电路中R1=200，其输出电压可调，由公式（3-3）及锯齿波发生器中的比较器741工作电压为16 R2max=6k由于设计的是一个可调的直流稳压源，因此在变位器的阻值范围内可以供给锯齿波电路正常的工作。4.3整机电路性能分析左端上下各为两个直流稳压电源，它们核心器件为LM337与LM317。他们内部电路有比较放大器、偏置电阻、恒流源和带隙基准电压。能够提供稳定的输出电压，能够带动锯齿产生电路中的比较器正常工作，性能稳定。 锯齿波发生电路由同相输入迟滞比较器（A1）与充放电时间常数不等的积分器（A2）两部分构成。能够长时间稳定提供锯齿波。比较器的电路简单、灵敏度高，但抗干扰能力差。但是迟滞比较器的抗干扰能力大，虽然它的灵敏度差，但两者互补，大大改善单路性能。第5章 设计总结 本次设计经过反复论证最终敲定这种方案。翻阅大量论文、书刊，在老师指导下，顺利完成。所设计的电路简单完整，器件参数给定，性能较好。但还缺少实际调试，具体应用能力有待考核。由于设计者能力有限，及时间仓促，出现的问题还是很多。以后的设计中会积极更正。两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。我从这次的设计中还感受到坚持的重要性。做事情不能轻言谈放弃，虽然过程不顺利，与想象中相去甚远。但是只要我们能坚持，朝着自己既定的目标前进，就一定会走到终点。一点小小的挫折实际上是在为最后的美景做铺垫，当我们守得云开见月明的时候，就会发现，沿途的曲折其实是在考验我们的目标是否坚定。坚持下来，我们会收获丰硕的果实。参考文献1 陈维新著 新型使用电路设计制作便查手册电子科技大学出版社 19932 沈勇潮 工志功编著 集成电路设计基础电子工业出版社 20043 王培福 新编线形稳压电源电子工业出版社 20044 吕砚出 杨丽华编著 电子电工计算手册化学工业出版社 20035 康华光，电子技术基础，高等教育出版社，1988。附录1 原理图附录2 器件清