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 ：设计制作一个产生方波三角波正弦波函数转换器专业班级：09电气技术教育学生姓名： 莫雪莲学号： 090805026指导教师： 曾 祥 华 设计时间： 2011年1月 1日 题目：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 输出波形频率范围为0.2KHz20kHz且连续可调； 正弦波幅值为2V，； 方波幅值为2V； 三角波峰-峰值为2V，占空比可调； 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V）。二、方案设计与论证本设计要求产生三种不同的波形分别为正弦波 方波 三角波 。实现该要求有多种方案，如先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波转换成三角波；也可以先产生三角波方波，再将三角波变换成正弦波或将方波变换成正弦波。但该课程设计采用方波三角波正弦波，正弦波通过滞回比较器可以转换成方波，方波通过一个积分电路可以转换成三角波，正弦波可以通过RC振荡电路产生。 方案一、1 直流电源部分 以下电路可把220V的交流电变成15V的直流电把220V的交流电变成15V的直流电路图、波形产生部分设计一个产生方波三角波正弦波函数转换器包括由滞回比较器和RC电路组成的方波 三角波发生器电路如下：方波三角波方波转换成三角波电路图三角波正弦波三角波转换成正弦波电路图方案二直流电源部分及方波-三角波发生电路同上，三角波变为正弦波电路用折线法电路。电路图如下：方案二产生方波、三角波、正弦波电路图方案论证：我选的是第一个方案，上述两个方案均可以产生三种波形。方案二的电路过多焊接部方便而且这样浪费了很多元器件，但是方案的在调节的时候比较方便可以很快的调节出波形。方案一电路简洁利于焊接可以节省元器件，但是在调节波形的时候会比较费力，由于整个电路时一起的只要调节前面部分就会影响后面的波形。三、单元电路设计与参数计算1、直流电源的参数设计交流电滤波电路稳压电路整流电路提供的是220V的交流电源要变为15V直流电 变压器用 220V15V规格设计思路 （1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，其中： （1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 （2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电压，常用的整流滤波电路有全波整流、桥式整流，此处用的是桥式整流电路。（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。 （4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。 整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。整流电路 输出电压平均值 UO(AV) 和输出电流的平均值IO(AV)脉动系数二极管的选择 每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半。二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。整流用的二极管可用1N4007 电解电容用3300uf C2和C3可用0.47ufC4/C5、C7、C8可用1uf 发光二极管上的R用 1K滤波电路输出电压平均值当负载开路时当RLC（35)T/2时考虑电网电压波动，电容的耐压值应满足RC=（35）T /2即，应大于脉动系数 S 稳压电路若输出电压较高，接一保护二极管 D，以保护集成稳压器内部的调整管。LM7812和LM7912的输出电压分别了正负12伏C2和C3是用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡，其容量较小一般小于1微法图中电容C4和C5是用于消除输出电压中高频噪声，可取小于1微法的电容，也可以去几微法或几十微法的电容，一边输出较大的脉冲电流.2、波形产生电路部分的参数设计正弦波产生部分要求产生频率范围为0.2KHz20kHz连续可调的正弦波，F=UfUo= 整理可得F=令wo=1/RC,则 fo=1/2RC。1/2RC=f 取C=0.22uf ,R:363.6K ,电位器可选5K，R7=10K。方波要求幅值为2V，选择的稳压二极管可选用稳压为3.3V的，在稳压二极管两端并联一个5K的电位器。Up1=Uo+Uo1=UoUz令Up1=Un1=0V,则阈值电压 UT=UzR1=100K、R2=10K、R3=10K、R4=1K，二极管选用1N4007型号的C1=220uf、电位器R3=100K。三角波的占空比要求可调，可在反向输入端和输出端接上二极管 和一个电位器（100K），二极管选用1N4007.。三角波:+UT=UZ*+(-UT) UT= UZ 经整理可得 T= f=四、总原理图及元器件清单1.总原理图2元件清单元件名称型号主要参数数量单价万能板大号12.8电位器50K20.820K10.522010.510K20.810010.5电阻4.7K20.12.1K20.110K10.120K10.110010.1电容耐压值25V0.1uf20.2耐压值25V470uf30.6耐压值25V0.22uf10.2耐压值50V3300uf21耐压值50V0.47uf20.2耐压值25V1uf20.2二极管IN4007耐压值1000V，I=1A80.2发光二极管LED1.5V2.0V，10mA20mA20.3变压器220V15V15三极管901840.4夹子红、黑90.25导线铝线两米0.5芯片UA74121LM7812Uo=12V、Io=100mA11LM7912Uo=-12V、Io=100mA11底座八脚20.4保险管10.5稳压管BZV55-C6稳压3.3V20.2总价28.6所需主要仪器设备等实验条件仪器设备名称需进入实验室名称实验材料双踪示波器模拟电路uA741低频信号发生器电阻、电容若干晶体管毫伏表、万用表万能板电路板制作工具变压器等五、安装与调试先在电路板上做好布局，然后进行焊接。焊接好电路到实验室进行调试，初次调试发现电源部分正常，但波形转换部分没有波形出现. 检查之后，发现我电路排版比较乱.所以我重新焊接，之后波形马上出来了，达到要求：占空比可调，频率连续可调，波形幅值可以调到实验要求范围内，调试完成。六、性能测试与分析1.电源部分的测试实验测得 ：副边电压U1=16V、U2=-16V U12=32V整流滤波后的电压 U1=21.5V U2=-21.5V7812输入输出电压 U1=21.5V U2=11.8V7912输入输出电压 U1=-21.5V U2=-12V输出端电压 Uo1=11.8V U02=-12V所测项目 理论值 绝对误差 相对误差 变压器 U1 15 1 6.25% U2 -15 1 6.25% U12 30V 2 6.25%滤波电压 U1 18V 3.5 16.3% U2 -18V 3.5 16.5%7812输入 U1 18V 3.5 16.5%7812输出 U1 12V 0.2 1.7%7912输入 U1 -18V 3.5 16.5%7912输出 U1 12V 0 0正输出端 Uo1 12V 0.2 1.7%副输出端 U02 -12V 0 0波形测试部分：1,方波：测量 要求 F 32.4HZ9.3KHZ 0.2HZ20KHZ测量 理论 绝对误差 相对误差 U 2.4格*2V=4.8V 4V 0.8 20% U/2=2.4V方波三角波的仿真电路图注：调节Rw可以实现频率可调.2,三角波：测量 要求 F 34.5HZ9.0KHZ 0.2HZ20KHZ测量 理论 绝对误差 相对误差 U 1.9格*2V=3.8V 4V 0.2 5 % U/2=1.9V从图中可以看出波形基本正常 3，正弦波：正弦波的仿真电路图测量 要求 F 34.5HZ6.6KHZ 0.2HZ20KHZ测量 理论 绝对误差 相对误差 U 4.8格*1V=4.8V 4V 0.8 20 % U/2=2.4V从图可看出波形基本正常误差分析：1.参数设计不是非常完美；2 测量仪器本身的老化产生的误差；3 焊接电路时焊点处有电阻被忽略，连接的线路也有电阻；4 试验时间过长温度发生变化，使得一些元件的电阻发生变化；5仪器的不精确导致实验与仿真有所偏差；6. 测量数据时读数产生的误差。七、结论与心得1.结论：其本实验还可以改进，比如三角波转换正弦波的电路可以用一个差分放大电路实现，而且效果更好.还有一个更简单的方案，就是在三角波输出端接BZ319芯片就可以实现波形转换.通过这次开放性实验，我学会了制作电路，熟练了电路焊接方法以及掌握调试方法与测试参数；同时还提高了我们的动手能力和测试技术能力。在此次试验中遇到一些困难，比如有一些元器件不能买到，我只能用其他元件代替，或买的与要求的参数稍有偏差，致使好多参数达不到要求。电位器Rp在调整方波三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求输出频率范围较宽，可用C2改变频率的范围，Rp实现频率的微调。方波的输出幅度约等于电源电压+Vcc.三角波的输出幅度不超过电源电压+Vcc。电位器Rp1可以实现幅度的微调，但会影响方波三角波的频率。2.心得：在12月份我就开始准备这次实验，因为我知道自己本身基础比较差，有些知识虽然学过，但我没有掌握好，所以 为这次实验我要用多一些时间准备。开始的时候，我是在图书馆查阅资料，接触更多的是谢自美的书籍，我还抄了一些公式和电路图回来研究以及参考。不幸的是，费尽九牛二虎之力设计好参数，最后却真不出波形，我看到那一条条直线，郁闷极了！我从新设计好参数，终于把图形仿真出来了，于是乎，我赶紧买材料，材料一到手就开始焊，因为电路图比较复杂，焊起来真的花不少时间，但每一步我都是认认真真焊的。可是结果却不如我意，到实验室测试的时候，看到两条直线，不论怎么调试，就是不见波形，我检查电路图，没错；检查电路板，也没错！究竟是哪里错了呢？我把电路图交给曾老师看，曾老师确定了我电路图的正确，并且给了一些改进的建议。我采用曾老师的建议修改一下电路，最后转换成正弦波的部分因为买不到BZ319芯片，所以只能用我本来的方案，用9018三极管组合转换。结果仿真波形稍有误差，但也还可以。结束这次实验，虽然不是很完美，但自己收获了不少，感谢老师让我们有这样的机会去锻炼。八、参考文献： 1童诗白 华成英 模拟电子技术基础 高等教育出版社2物理与电子信息学院 基础电路实验指导书3. 谢自美 电子线路设计4毕满清编 电子技术实验与课程设计 机械工业大学出版社 5. 李万臣主编模拟电子技术基础与课程设计.哈尔滨工程大学出版社6.电子线路设计应用手册，张友汉主编，福建科学技术出版社（2000） 7.电子技术基础实验研究与设计，陈兆仁主编，电子工业出版社物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表专业:电气技术教育 班级：09电气技术教育 学号：090805026姓名：莫雪莲 课题名称设计方波三角波正弦波的函数转换器设计任务与要求 输出波形频率范围为0.2KHz20kHz且连续可调； 正弦波幅值为2V，； 方波幅值为2V； 三角波峰-峰值为2V，占空比可调； 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V）设计报告成绩评分标准：有合理的方案设计和论证、电路参数的