电竞设计报告

1 摘要摘要 电子电路中 信号源是必备的 在电路中 锁需要的信号由信号 源提供 而现在使用最多的信号主要是正弦波 脉冲波 三角波 锯齿波等等 三角波的产生可以利用电容器的充放电过程 积分电路 来实现 因为三角波 要求电位变化是线性的 即均匀变化 可以利用运算放大器产生一个对电容充 放电电流恒定的电路 充电和放电过程可以由脉冲信号控制 而脉冲信号的形 成也可以由运算放大器来完成 脉冲波可以由运算放大器构成比较器来产生 关键词 运算放大器 LM358 积分 比较 Abstract the electronic circuit the signal source is necessary in the circuit the lockneeded signal provided by the signal source And now the most used signal is mainly a sine wave pulse wave triangle wave sawtooth wave and so on The triangular wave generated can use the charge discharge capacitor integrated circuit to realize because the triangle wave requirements of potential change is linear namely uniformchange can use operational amplifier generates a constant current of capacitor charging and discharging circuit the charge and discharge process can be controlled by clock signals and pulse signal formation can also be composed of operational amplifier to complete pulse wave can be generated by an operational amplifiercomparator keyword operational amplifier LM358 integral comparison 2 目录目录 1 设计任务与要求 3 1 1 设计任务 3 1 2 功能要求 3 1 2 1 基本要求 3 1 2 2 发挥部分 3 1 3 说明 4 2 单元单路设计及原理分析 4 2 1 运算放大器的基本概念 4 2 2 运算放大器 LM358 简介 5 2 2 1 运算放大器 LM358 的主要参数 5 2 3 元件的引脚识别 5 3 系统工作原理 6 4 整体方框图 6 5 附图 7 6 原件清单 9 7 总结 10 3 1 1 设计任务与要求 设计任务与要求 1 1 设计任务设计任务 以一片 LM358 为核心 设计制作一个信号发生器 能同时产生矩形波 三 角波 正弦波 凹顶脉冲波四种波形 如下图所示 其中波形 作为发挥部分 完成 并可对输出信号的频率和幅度在一定范围内进行调节 1 2 功能要求功能要求 1 2 1 基本要求基本要求 1 使用单直流电源供电 有 3 个输出端子 可同时分别输出图示的前 3 种波形 2 波形的中心频率为 1kHz 各波形的频率同时连续可调 调节范围不小 于 800Hz 2kHz 3 各波形的幅度分别各自连续可调 当频率为 1kHz 时 输出信号的电压 峰 峰值调节范围不小于下列各值 矩形波 0 11V 三角波 0 6V 正弦波 0 600mV 1 2 2 发挥部分发挥部分 在完成基本要求任务的基础上 增加如下功能 1 增加 1 个输出端子 输出 凹顶脉冲波 2 该凹顶脉冲波的幅度连续可调 其电压峰 峰值不小于 0 4V 4 3 为了避免前后相互影响 可用 1 个开关来控制此部分电路信号的通断 1 3 说明 说明 1 电源方面 只允许使用直流单电源供电 否则扣分 40 2 核心器件方面 只允许使用一片 LM358 和一只普通 BJT 型三极管 不 得再加用其他 IC 或半导体器件 否则取消测评资格 3 常规元件方面 电阻 电容 电位器等不限 2 单元单路设计及原理分析 单元单路设计及原理分析 2 1 运算放大器的基本概念运算放大器的基本概念 运算放大器是电子电路中常用的电子器件之一 利用运算放大器可以构成 比较器 电压跟随器 隔离电路 比例放大器 运算电路 信号发生器 滤 波器 等多种用途的电路 图一图一 运算放大器的电路符号如图一所示 它有两个输入端 其中 叫做同相 输入端 叫做反相输入端 一个输出端 运算放大器具有两个重要的特性 一是两个输入端的输入阻抗都很大 一 般都在 10 6 欧姆以上 二是开环放大倍数很大 一般都在 10 5 倍以上 当运算放大器开环 在输出端和输入端不加反馈电路 使用时 一般都会 工作在饱和状态 原因是 两输入端加上电压信号 输出端的电压受到电源电 压的限制其最大值高不能超过电源正电压 低不能低于电源负电压 当 V V 时 输出低电平 接近电源负电压 这就是一个比较器 当运算放大器闭环 在输出端和反相输入端 加反馈电路 使用时 运算 放大器的运用非常灵活 可以构成各种各样的电路 但无论是分析还是设计电 5 路 只要掌握以下两点 一是因为输入阻抗很大使得输入电流很小而忽略认为 两输入端的电流为 0 虚短路 如 LM358 输入端电流 45nA 一是因为开环放 大倍数很大使得两输入端的电压很小而忽略认为两输入端的电压为 0 虚电路 如 LM358 输出信号幅度 1V 两输入端电压最大仅为 10uV 以运算放大器为核 心器件构成的电路的分析与设计就变得非常简单与方便 2 2 运算放大器运算放大器 LM358 简介简介 通用运算放大器 LM358 是一块双运放集成电路 内含二个完全一样的运算 放大器 引脚 8 个 引脚编号 1 2 3 4 5 6 7 8 按如下方法确定 正面朝上 有缺口的一方朝左 或者有圆点的位置在左下 左下第一引脚为 1 然后按 逆时针顺序依次确定 2 3 4 5 6 7 8 即左上脚为 8 号引脚 如图二所示 8 脚 接正电源 4 脚接负电源或者地 GND 引脚 3 2 1 三个脚组成 A 运放 其中引脚 3 为 A 运放的同相输入端 引脚 2 为 A 运放的反相输入端 引脚 1 为 A 运放输 入 端 引脚 5 6 7 三个脚组成 B 运放 其中引脚 5 为 B 运放的同相输入端 引脚 6 为 B 运放的反相输入端 引脚 7 为 B 运放的输入端 右图为运算放大 器 LM358 电路符号 图二图二 2 2 1 运算放大器运算放大器 LM358 的主要参数的主要参数 电源电压范围 单电源 3 0 32V 双电源 1 5 16V 输出高电平大约 比电源电压高 1 5V 最大输出端拉电流 40mA 最大输出端灌电流 20mA 2 3 元件的引脚识别元件的引脚识别 LM358 内部包括两个独立的 高增益 内部频率补偿的双运算放大器 适 合于电源电压范围很宽的单电源使用 也适用于双电源工作模式 在推荐的工 作条件下 电源电流与电源电压无关 它的适用范围包括传感放大器 直流增 益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合 电位器中间必须接 另两脚随便接 LM358 的引脚图如图三所示 6 图三图三 3 系统工作原理 系统工作原理 因为矩形波电压只有两种状态 非高即低 所以电压比较器是产生方波重 要的环节 如图四所示 友 LM358 运算放大器和电阻 电位器 电容等组成一 个单电源供电的三角波 方波和正弦波发生器 左边的 LM358 一端接电源 另 一端接地 构成了单电源供电的条件 首先通过一个积分电路得到三角波 然 后再用比较电路得到方波 方波通过滤波得到正弦波 由方波和正弦波通过相 关处理 得到凹顶波 电位器则是通过改变阻值来实现波形斜率和幅值的可调 R3C1 回路即作为延迟环节 又作为反馈网络 通过 R3C1 充放电实现输出的自 动转换 C1 和 R3 的充放电 使右边的 LM358 起震 经过迟滞电路整形形成方波 调节 C1 和 R3 可以改变方波 三角波 的周期 方波的振幅等于电源电压 图四图四 7 4 整体方框图 整体方框图 图五图五 5 附图 附图 图六图六 方波 三角波 正弦波仿真原理图方波 三角波 正弦波仿真原理图 8 图七图七 方波 三角波 正弦波仿真出图方波 三角波 正弦波仿真出图 图八图八 方波 三角波 正弦波 凹顶波仿真原理图方波 三角波 正弦波 凹顶波仿真原理图 图九图九 方波 三角波 正弦波 凹顶波图像方波 三角波 正弦波 凹顶波图像 9 图十图十 整体电路原理图整体电路原理图 图十一图十一 整体电路整体电路 PCB 图图 10 图十二图十二 成品实物图成品实物图 6 原件清单 原件清单 7 总结 总结 总结本次的电竞设计 真的是收获颇多 在这几天的时间里 我们做 了很多事 在做事的过程中学到了很多 首先我们很用心地分析了赛题 11 其次 我们进行了理论计算 查找相关资料 进行分析 在这次竞赛设计 中我们温习了在电子实习时学的电气设计软件 ALTIUM D 和 PROT