波形发生器.doc

课程设计题目：多种波形发生器的设计课程：综合电子设计与实践班级：自动化1001小组成员：何晓娇、何平、冉茂林、黄晓强目录一设计任务与要求二. 总体方案设计三. 电路设计原理与参考电路3.1 总体电路框图3.2 设计思路3.3 相关集成运放的简介四单元电路的设计说明4.1 直流稳压电源设计4.2 正弦波发生电路的工作原理及频率控制4.3 正弦波-方波转换电路的工作原理4.4 方波-三角波转换电路的工作原理五总体电路5.1 总电路图六总结及心得一设计任务和要求任务:设计一个能产生方波、三角波、正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。要求：1.输出的各种波形工作频率范围0.02Hz20kHz连续可调；2.正弦波幅值10v，失真度小于1.5%3.方波幅值10v4.三角波波峰峰值20v;各种输出波形幅值均连续可调；5.设计电路所需的直流电源。6.用分离元件和运放设二总体方案设计波形产生电路通常可采用多种不同电路形式和元器件获得所要求的波形信号输出。波形产生的关键部分是振荡器，而设计振荡器电路的关键是选择有源器件，确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。具体设计可参考以下思路。1.用正弦波振荡器产生正弦波输出，正弦波信号通过变换电路得出方波输出（例如用施密特触发器），用积分电路将方波变换成三角波或锯齿波输出；2.利用多谐振荡器产生方波信号输出，用积分电路将方波变换成三角波输出，用折线近似法将三角波变换成正弦波输出；3用多谐振荡器产生方波输出，方波经滤波电路可得正弦波输出，方波经积分电路可得三角波输出；三.总体框图3.1总体电路框图3.2 设计思路波形产生电路的关键部分是振荡器，而设计振荡器电路的关键是选择有源器件，确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。一般思路如下：（1）用正弦波振荡器产生正弦波输出，正弦波信号通过变换电路得方波输出，用积分电路将方波变成三角波输出；（2）利用多谐振荡器产生方波信号输出，用积分电路将方波变换成三角波输出，用折线近似法将三角波变换成正弦波输出；（3）用多谐振荡器产生方波输出，方波经滤波电路可得正弦波输出，方波经积分电路可得三角波输出；3.3 相关集成运放的简介UA741优点：宽大范围的共模电压和无阻塞功能可用于电压跟随器。高增益和宽范围的工作电压特点在积分器、加法器和一般反馈应用中能使电路具有优良性能。（1）无频率补偿要求；（2）短路保护；（3）失调电压调零；（4）大的共模、差模电压范围；（5）低功耗。管脚1和5为调零端，管脚2为运放反相输入端，管脚3为同相输入端，管脚6为输出端，管脚7为正电源端，管脚4为负电源端，管脚8为空端。通常，在两个调零端接一至几十千欧的电位器，其滑动端接负电源，如图所示。调整电位器，可使失调电压为零。放大器的功能： 放大信号，缓冲隔离，准位转换，阻抗匹配，将电压转换为电流或电流转换为电压等。UA741的使用：使用时需在7、4脚加一对同等大小的正负电源电压+与-，一旦在2、3脚有电压差存在，压差就会被放大到输出端，其输出电压决不会大于正电源电压+或小于负电源电压-，输入电压差经放大后若大于外接电源电压+与-，其值会等于+或-。如图所示：四、单元电路的设计 4.1直流电路的设计。电路工作原理：220V交流电经变压器T降压后，得到24V交流电；再经VD1VD4组成的全桥整流、C1滤波，得到33V左右的直流电压。该电压经集成电路LM317后获得稳压输出。调节电位器RV1，即可连续调节输出电压。图中C2用以消除寄生振荡，C3的作用是抑制波纹，C4用以改善稳压电源的暂态响应。VD5、VD6在当输出端电容漏电或调整端短路时起保护作用。LED为稳压电源的工作指示灯，电阻R1是限流电阻。输出端安装微型电压表PV，可以直观地指示输出电压值。4.2正弦波发生电路的工作原理RC正弦波振荡器电路有两部分组成，一为放大电路，另一部分为选频网络达到输出各种波形工作频率范围0.02Hz-20KHz连续可调的目的，为了频率连续可调，根据f=1/（2*RC），使用可变电阻，通过改变电阻，使频率在一定的范围内连续可变。为了输出正弦波的稳定，增加的稳压电路。它的振荡频率为： 它主要用于低频振荡。要想产生更高频率的正弦信号，一般采用LC正弦波振荡电路。它的振荡频率为：它的起振条件为： 。 在这里我们取电容的值为10uf,由此来调节电阻的值让其起振。(正弦波发生电路)振荡器中二极管的作用是：反向并联的两只二极管接在负反馈回路中，在输出电压幅度小于0.5V时二极管基本不导通，基本没有负反馈作用，在强烈正反馈作用下输出电压得以很快增长，输出电压幅度大于0.5V时二极管逐渐导通，加入负反馈，配合电位器调节振荡幅度。电路的输出波形如下：实验心得：通过这次实验，我知道了，其实理论和实践往往有些差异，我把从理论得到的数据，经过仿真，其结果是没有得到我想要的结果，那个时候心里便有点急，于是通过各种调试，意外的得到了我想要的结果。从这次的实验设计中让我学到了很多，我查阅了很多关于此次的设计资料，但是他们的参数往往得不到正确的结果。在经过多次的改变参数之后，意外的得到了此次实验目地。总之，这次实验设计让我们从理论到实践都学到了不少的知识。4.3 将正弦波形转换成方波电路的工作原理（1）方波发生电路（2）方波发生电路的工作原理 在单限比较器中，输入电压在阀值电压附近的任何微小变化，都将引起输出电压的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。而滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因此也就具有一定的抗干扰能力。从反向输入端输人的滞回比较器电路如图所示，滞回比较器电路中引人了正反馈。从集成运放输出端的限幅电路可以看出，集成运放为同相输入，其电压与0V进行比较，此时的集成运放作比较器使用，大于0V输出高电平，小于0V输出低电平。由此得出UOUZ。这里的稳压管具有稳压的作用，具体稳压根据R4的调节来改变其幅值。通过调节我们取R4=8K，此时的幅值是10v，符合我们所需要的要求。实验心得：我此次做的是将正弦波转换成三角波，虽然是比较简单的电路，但是还是花费了不少的时间。在实验设计的过程中，我发现前面正弦波的输出频率会影响我方波输出的失真度，由此明白了，这两者的相互影响。在这次实验中，我更加了解了集成运放做比较器的相关知识，也知道相关集成运放的相关知识。总之看似简单的事情，往往能学到很多意想不到的东西。4.4将方波转换成三角波。原理图方波-三角波 将方波转换成三角波，其原理就是一个积分环节，改变电容的值可以改变输出三角波的幅值，但此时，我们发现三角波的输出波形有失真，于是就给其并联了一个电阻，改变电阻的大小可以稳定其输出，而且还可以让其稳定输出。根据积分运算，得到电容的值在3.5uf以下，同时改变R2的阻值，让其输出更加稳定和得到我们得到的峰峰值为20V。其具体的由来如下。由此我们取R5=6K，C3=2.55uf,R9=80K,R7=10k.实验心得：学会了如何将方波转换成三角波的方法。学会了怎么去运用集成运放电路和积分电路，让我弥补了这部分知识的空缺。五总体电路5.1 总电路图仿真图六.总结及心得从一开始拿到题目，我们的题目是波形发生器，就在我们学到的知识当中就有很多方法。例如：用正弦波振荡器产生正弦波输出，正弦波信号通过电路变换得到方波输出（例如施密特触发器）用RC电路将方波转换为三角波输出。或者利用多谐振荡产生正弦波输出，正弦波信号通过变换电路得到三角波输出，用折现近似法将三角波变换成方波输出。这就有很多的方案。在这基础上，考虑到方案简单，电路简单，节省材料，我们采用第一种方案。我们又熟悉一遍电路原理正弦波振荡器，施密特原理，积分电路。又对文氏桥电路进行理解，设计电路。起初的电路不能达到要求的幅值，通过多次的改变电阻和电容，正弦波已经达到了