模拟电子技术课程设计报告-波形发生器的设计.doc

模拟电子技术课程设计报告题 目：波形发生器的设计设计人员：学 号：班 级：电子1104联系方式：指导教师：日 期：2012.1.2目录一课题名称二设计任务与要求2.1、设计任务2.2、设计要求三方案的选择与论证3.1提出方案3.2方案的比较与确定四方案原理图4.1 设计思路4.2实验原理图4.3 LM358管脚图五调试过程及结果分析5.1方波部分5.2三角波部分5.3正弦波部分六设计、安装及调试中的体会七. 对本次课程设计的意见及建议八. 参考文献一、 课题名称：波形发生器的设计二、设计任务与要求2.1、设计任务：设计制作一台能产生方波、三角波和正弦波的波形发生器。2.2、设计要求：基本要求： 输出波形频率范围为0.02Hz20kHz且连续可调； 正弦波幅值为10V，失真度小于2%； 方波幅值为10V； 三角波峰-峰值为20V； 各种波形幅值均连续可调； 设计电路所需的直流电源。一般要求：1综合运用电子技术课程中所学的理论知识完成课程设计。2通过查阅手册和文献资料，提高独立分析和解决实际问题的能力。3熟悉常用电子器件的类型和特征，并掌握合理选用的原则。4学会电子电路的分析、调试及安装技能。5进一步熟悉电子仪器的正确使用。三方案的选择与论证3.1提出方案方案一： 先由文氏桥振荡产生一个正弦波信号（下图）把文氏桥产生的正弦波通过一个过零比较器，从而把正弦波转换成方波。把方波信号通过一个积分器。转换成三角波。方案二： 由比较器和积分器构成方波、三角波产生电路。 然后通过低通滤波把三角波转换成正弦波信号。（下图）方案三： 由比较器和积分器构成方波三角波产生电路。（电路图与方案二相同） 用折线法把三角波转换成正弦波。(下图)方案四：采用直接频率合成器，从信号的幅度相位关系出发进行频率合成。3.2方案的比较与确定方案一：文氏桥的振荡原理：正反馈RC网络与反馈支路构成桥式反馈电路。当R1=R2、C1=C2。即f=f0时，F=1/3、Au=3。然而，起振条件为Au略大于3。实际操作时，如果要满足振荡条件R4/R3=2时，起振很慢。如果R4/R3大于2时，正弦波信号顶部失真。调试困难。RC串、并联选频电路的幅频特性不对称，且选择性较差。因此放弃方案一。方案二：把滞回比较器和积分比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，就构成三角波发生器和方波发生器。比较器输出的方波经积分可得到三角波、三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波和方波发生器。通过低通滤波把三角波转换成正弦波是在三角波电压为固定频率或频率变化范围很小的情况下使用。本次设计可以考虑使用。方案三：方波三角波发生器原理如同方案二。比较三角波和正弦波的波形可以发现，在正弦波从零逐渐增大到峰值的过程中，与三角波的差别越来越大;即零附近的差别最小,峰值附近差别最大。因此，根据正弦波与三角波的差别，将三角波分成若干段，按不同的比例衰减，就可以得到近似与正弦波的折线化波形。虽然折线法不受频率范围的限制，便于集成化。但反馈网络中电阻的匹配比较困难，因此放弃方案三。方案四：方案四能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。放弃方案四。综合以上四种方案的优缺点，最终选择方案二来完成本次课程设计。四方案原理图4.1设计思路先用一块LM358运放做出方波经过积分电路获得三角波，再由三角波经过低通滤波转为正弦波。4.2实验原理图Multisim电路图4.3 LM358管脚图五调试过程及结果分析电路的分析与计算：没有接通时，滞回比较器V0=+UZ，则集成运放同相输入端，同时给C充电，使VR由0上升，在Vi之前，不变；当时，V0跳变到-VZ。当V0=-VZ时,同时C经反向输入端等效电阻）使VR降低，在VRVi之前V0=-VZ不变，当VRVi时，Vi跳变到+VZ。5.1 方波部分方波的波幅由稳压管的参数决定，这里使用，方波的周期取决于充放电回路RC的数值。若R或C其中一个增大，和周期T均会增大，频率f也会增大。计算周期T：通过对方波发生电路的分析，可以想象，与改变输出电压的占空比，就必须使电容正向和反向充电的时间常数不同。利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的通路，则占空比可调。则可求出周期T：带入值得T=48.4 f=1/T=20KHz仿真结果：5.2 三角波部分在方波发生电路中，当阈值电压数值较小时，可将电容两端的电压看成为近似三角波。所以只要将方波电压作为积分运算电路的输入，在其输出就得到三角波电压。如仿真结果所示，当方波发生电路的输出电压u01=-Uz时，积分运算电路的输出电压u0将线性下降；而当u01=Uz时，将线性上升。积分电路的输入电压u01，而且u01不是+Uz，就是-Uz，所以输出电压的表达式为 式中u0(t0)为初态时的输出电压。设初态时u01正好从-Uz跃变为+Uz,则式子变为 积分电路反向积分，u0随时间的增长线性下降，一旦u0=-UT，再稍减小，u01将从+Uz跃变为-Uz。式子变为 U0(t1)为u01产生跃变时的输出电压。积分电路正向积分，u0随时间的增长线性增大，一旦u0=+UT，再稍加增大，u01将从-UZ跃变为+UZ，回到初态，积分电路又开始反向积分。电路重复上述过程，因此产生自己震荡。由以上分析可知，u0是三角波，幅值为UT；u01是方波，幅值为 UZ，由于积分电路引入了深度电压负反馈，所以在负载电阻相当大的变化范围里，三角波电压几乎不变。设正向积分起始值为-UT，终了值为+UT，积分时间为二分之一周期，则有 +UT= 得出震荡周期 震荡频率 调节电路中的R5，可以改变震荡频率和三角波的幅值。仿真结果：5.3 正弦波部分在三角波电压为固定频率或频变化很小的情况下，可以考虑用低通滤波（或带通滤波）的方法将三角波变换为正弦波，输入电压的频率等于输出电压的频率。将三角波按傅里叶级数展开 其中Um是三角波的幅值。仿真结果：六设计、安装及调试中的体会在老师说要做课程设计时，自己很是担忧，因为课程设计不像做实验那样简单，需要自己设计电路以及调试验证方案的可行性。确定课程设计题目之后，我们小组就在一起商量讨论应该怎么做，结合书本的知识，我们有了总体上的思路，然后我们就进行了分工，我主要是负责电路的仿真工作。之前自己并没有接触过仿真软件，所以自己在百度找了很多Multisim的教程，我在大概熟悉了Multisim的使用之后就开始进行电路仿真。因为是第一次使用Multisim，所以在连接电路图时花费了大量时间，而且有时候会找不到元器件，这时候便通过找资料或询问同学来解决问题。在接好电路图之后开始仿真，我们做的是波形发生器的设计，在接入示波器之后，并没有出现波形信号，一开始以为是示波器接错了，不过检查之后发现不是这个问题。我们小组一起讨论问题的根源，也一一尝试着解决，最后发现是元器件的线路没接好，而且Multisim中有些示波器并不能正常使用，解决问题之后正常仿真。通过观察分析波形信号与设计要求是否一致，我们开始对电路进行调试。在调试过程中，我们发现正弦波的峰值超过设计要求，于是，我们通过改变滤波电路的电容值来对波形峰值进行调整并最终达到设计要求。本次课程设计虽然不是我们小组自己设计电路，而是通过查找资料，借用他人的方案，但是，通过本次课程设计，我们学会了很多东西。自己的分析，解决问题能力有所提高；团队合作意识加强；对一些资料不再是直接相信它是正确的，而是通过自己动手来检验其正确性。七. 对本次课程设计的意见及建议本次课程设计的时间过于匆促，而且是在学期末，