三角波发生器与RC串并联网络振荡电路.doc

第一部分模拟电子课程设计目录1. 课程设计的目的与作用31.1目的：31.2作用：32 设计任务、及所用multisim软件环境介绍32.1设计任务32.2软硬件环境介绍33电路模型的建立44.理论分析及计算54.1 三角波发生电路54.2 RC串并联网络振荡电路65.仿真结果分析76. 设计总结和体会87参考文献91. 课程设计的目的与作用1.1目的1. 掌握multisim软件的应用及设计方法和各种元器件的作用及参数调整方法。2. 能正确理解三角波发生电路的电路组成、工作原理、和主要参数的估算方法。3. 掌握RC串并联网络振荡电路的组成，工作原理、振荡频率、起振条件以及电路的特点。1.2作用1. 能够更加熟练的应用软件对电路进行仿真设计以及分析仿真结果。2. 能够加强自己动手设计电路的能力以及增强对模拟电子设计的兴趣2 设计任务、及所用multisim软件环境介绍2.1设计任务1. 利用multisim软件建立电路模型对RC串并联网络电路和三角波发生电路的进行仿真设计。2. 对电路进行分析和理论计算并对仿真结果进行分析。2.2软硬件环境介绍硬件环境：计算机一台软件：在windows环境下运行multisim7.0软图1 软件界面3电路模型的建立图2 三角波发生电路说明：由U1组成的滞回比较器和U2组成的积分电路构成三角波发生电路 图3 RC串并联网络振荡电路4.理论分析及计算4.1 三角波发生电路1. 因为对矩形波进行积分，可以得到线性度比较好的三角波。因此，将滞回比较器和积分电路适当的连接起来，即可组成如图3.1所示的三角波发生电路，途中U1组成滞回比较器，U2组成积分电路。滞回比较器的输出加在积分电路的反相输入端进行积分，而积分电路的输出又接到滞回比较器的同相输入端，控制滞回比较器的输出端的状态发生跳变。 2. 假设t=0时积分电容上的初始电压为零儿，滞回比较器的输出端为高电平，Uo1=+Uz。因集成运放U1同相输入端的电压U+同时和Uo 和Uo1有关，根据 叠加定理可得 U+ = （4.1.b）此时Uo=0，而Uo1=+Uz,故U+也为高电平。而当Uo1=+Uz时，经反向积分，输出电压Uo将随时间往负方向线性增长，则U+将随之逐渐减小，当减小至U+ = U- = 0时，滞回比较器的输出端将发生跳变，使Uo1由+Uz变为-Uz，此时U+也将跳变成一个负值。当Uo1=-Uz时，积分电路的输出电压Uo将随着时间往正方向线性增长，U+随之逐渐增大，当增大至U+ = U- = 0时，滞回比较器的输出端再次发生跳变，Uo1由-Uz跳变为+Uz。以后重复上述过程于是积分电路的输出电压Uo便形成周期性的三角波。3. 设三角波的最大值为Uom，将条件Uo1= -Uz, U+=0和Uo=U0m代入式（4.1.b）,得到0= 可以接的三角波的输出幅度为 =8.48 V又因为 所以三角波的振荡周期为 =9.6 ms4.2 RC串并联网络振荡电路 如图3.2示出了一个RC串并联网络振荡电路，为判断电路是否满足产生振荡的相位平衡条件，可假设在集成运放的同相输入端将电路断开，并加上输入电压 。由于输入电压加在同相输入端，故集成运放的输出电压与输入电压同相，即=0。又时，RC串并联网络电路的相位移，因此在时，电路满足相位平衡条件。但是对于其它任何频率，电路均不满足相位平衡条件。由此可知，电路的振荡频率为 =2.123 KHZ下面来讨论其起振的条件，因为振荡幅度平衡条件为 当时，由此可以求得电路的起振条件为，即，所以有 所以有 1.2 Kohm。即当电位器的值达到1.2 Kohm时就满足正弦波振荡的起振条件，能观察到较好的正弦波形，而如果电位器的值过大，则使的值过大，从而使振荡幅度超出放大电路的线性放大范围而进入非线性区，这时候，输出波形将产生明显失真。 所以说，当减小的值至一定值时电路将不能振荡。增大的值至一定值，电路能够振荡，且输出波形较好，若继续增大，当其太大时，输出波形就产生严重失真。5.仿真结果分析1 将图3.1所示的三角波发生电路在multisim环境下运行即可得到如下输出波形： 图4 三件波发生电路波形图 从虚拟示波器的输出波形可以看出输出三角波的幅度=9.2 V，振荡周期T=9.7 ms。2 将图3.2所示的RC串并联网络振荡电路在multisim 环境下运行，并不断调节电位器Rw的大小可得：当Rw的值小于60%时候，即Rw小于1.2Kohm时候，不满足幅度平衡条件，将不能产生振荡。当Rw的值大于60%，即Rw大于1.2Kohm时,将能产生较好的正弦波形，波形如图5.2所示： 图5 输出正常波形 由输出波形可得T=480，则振荡频率为=2.083 kHz当Rw继续增大时，产生的波形将严重失真，输出波形如图5.3所示： 图6 输出波形严重失真6. 设计总结和体会 总结：6.1通过对三角波发生电路的模拟仿真设计，知道非正弦波发生电路，比如矩形波发生电路可以由滞回比较器和一个RC充放电回路组成，而稳压管和一个电阻可以起到一个钳位的作用 将滞回比较器的输出电压限制在稳压管的稳定电压值上。而且通过三角波发生电路的模拟仿真， 知道用一个集成运放和一个电容可以组成一个积分电路，而且，对矩形波积分可以得到三角形波。 6.2 通过对RC串并联网络振荡电路的模拟仿真，我们知道RC串并联网络是一种选频网络，而且必须在相位平衡条件和幅度平衡条件同时满足的情况下才能起振，此时电路的振荡频率为 ，而如果集成运放的放大倍数过大，则会导致输出波形失真，所以适当的调节Rw和 R3，可以调节集成运放的放大倍数，从而使振荡电路产生比较稳定而失真较小的波形。体会：通过本次课程设计，能够更加熟悉的运用multisim软件的元件库以及各元件的作用，而且能更好的对电路进行仿真。加深了对非正弦波电路产生的原理的理解和电路中各部分的作用以及对RC串并联网络振荡电路产生正弦波的条件的把握和各种参数对输出波形的影响。7参考文献杨素行主编的模拟电子技术基础简