方波-三角波波形发生器的设计

电子技能拓展与创新电子技能拓展与创新 方波三角波电路 姓姓 名 名 学学 号 号 班班 级 级 院院 系 系 时时 间 间 北京经济管理职业学院北京经济管理职业学院 1 目录 摘要 2 关键词 2 一 设计任务与要求 2 1 1 设计任务 2 二 电路设计 2 2 1 方案设计与论证 2 2 2 电路设计原理 3 2 2 1 电路原理框图 3 2 2 2 单元电路设计与计算说明 3 2 3 原理图 4 2 3 1 总体原理图 4 2 3 2 仿真调试 仿真图 4 2 4 元器件选择与验证器材 4 2 4 1 元器件选择 4 2 4 2 LM7324 管脚排列 5 三 制作与调试 5 3 1 电路的装调 5 四调试结论与误差分析 6 4 1 调试结论 6 4 2 误差分析 6 五 设计心得 7 六 参考文献 7 2 方波 三角波发生电路 摘要 本设计介绍了波形发生器的制作和设计过程 并根据输出波形特性研 究该电路的可行性 在此基础上设计了一种能产生方波 三角波的模块电路 包括了原理图和 PCB 图 该电路有主要由积分器 比较器 LM741 集成运算放 大器 通过用双踪示波器来确定各种波形的幅值及可调频率的上限和下限 重点阐述了发生器的电路结构及工作原理 分析了单元电路的制作和工作 过程并进行了调试 调试结果表明设计的电路是可行的 关键词 方波 三角波 积分器 比较器 一 设计任务与要求 1 1 设计任务设计任务 设计制造能产生方波 三角波的波形发生器 二 电路设计二 电路设计 2 1 方案设计与论证 产生方波 三角波的方案有多种 本次实验主要采用由电压比较器和积分 器同时产生方波和三角波 其中电压比较器产生方波 对其输出波形进行 一次积分产生三角波 该电路的优点是十分明显的 1 线性良好 稳定性好 2 频率易调 在几个数量级的频带范围内 可以方便地连续地改变频率 而且频率改变时 幅度恒定不变 3 三角波和方波在半周期内是时间的线性函数 易于变换其他波形 2 2 电路设计原理电路设计原理 RC 振荡 电路 方波发生 三角波产 生 比较电路积分电路 方波 三角波发生电路组成框 3 2 2 2单元电路设计与参数计算 1 方波产生电路 因为方波电压只有两种状态 不是高电平 就是低电平 所以电压比 较器是它的重要组成部分 它由反相输入的滞回比较器和 RC 电路组成 RC 回路既作为延迟环节 又作为反馈网络 通过 RC 充 放电实现使输出 状态自动地相互转换 图 1 方波发生电路图 图 2 三角波发生电路 2 三角波发生电路 三角波电路波形可以通过积分电路实现 把方波电压作为积分运算电 路的输入 在积分运算电路的输出就得到了三角波 3 参数计算 方波 周期 频率计算 T 2RCln 1 2R1 R2 f 1 T 副值 Ut R1 R1 R2 Uz 三角波 副值 Ut Uz R1 R2 周期 频率计算 T 4 R1 R4 C R2 f R2 4 R1 R4 C 2 3 原理图 2 3 1 总原理图 总原理图 4 图 3 电路原理图 2 3 2 仿真调试仿真调试 仿真图仿真图 2 4 元器件选择与验证器材 2 4 1 元器件选择元器件选择 序号符号名称型号与规格件数 1 IC1 IC2运算放大器LM324 1 2VZ双向稳压管2DW7 1 3R1 R3 电阻10K 1 4W 2 4R3 电阻20K 1 4W 1 5R4 电阻5K 1 4W 2 5 6R5 R6 电阻10K 1 4W 2 7 C 电容器 0 1UF 25V 1 8晶体管毫伏表 2 9 双踪示波器 1 台 1 0通用版 1 11直流稳压电源 1 12万用表 1 2 4 2 集成运算放大器集成运算放大器 LM324 管脚图管脚图 LM741 CC U CC U o UOA OA NCC 1234 5678 三 制作与调试三 制作与调试 制作和调试是最容易出现错误的环节 因此在制作和调试时我们一定要有 条不紊 认真仔细的做好每一步工作 3 13 1 电路的装调电路的装调 由于电压比较器与积分器组成正反馈闭环电路 同时输出方波与三角 波 故这两个单元电路可以同时安装 需要注意的是 安装电位器之前要将其 调整到设计值 否则电路可能会不起振 如果电路接线正确 则在接通电源后 比较器的输出 VO1 为方波 积分器的输出 VO2 为三角波 微调前级电位器 使方波的输出幅度满足设计指标要求 调节后一级的电位器 则输出频率可调 元器件的选择是高性能放大的保证 在实际连线与焊接过程中 运放的参 数必须尽可能相同 因此选用了带 4 集成运算放大器的 LM741 同时为了提高 共模抑制比和精确增益调控 运放输入端电阻必须精确匹配 按设计图安装好电路 稳压电源输出的 15V 电压接到集成运放 741 的 7 脚 15V 接到集成运放 741 的 4 脚 示波器的 Ch1 接 Uo1 Ch2 接 Uo2 调整各电位 器 使方波 三角波的输出幅度满足设计指标要求 四 调试结论与误差分析 6 4 1 调试结论 调试结论 完成实物图 然后使用双踪示波器测量验证 观察输出波形 幅值 频 率参数是否符合要求 并记录数据 1 仿真调试输出波形 2 调试输出波形 方波 V01 三角波 VO2 0 3 数据记录 频率测量 项目 min max 方波 幅值 三角波幅 值 指标值200HZ2KHZ15V20V 7 实际测量 值 192 3HZ2 193KHZ13 6V20V 由于所有信号产生的频率都与方波和三角波产生模块所设置的频率一致 故 所有产生的波信的频率都可以有所保证 此电路设计符合设计要求 从数据纪录中可以看出存在误差 频率最小值误差 200HZ 192 3HZ 7 7HZ 最大值误差 2 193K 2K 0 193K 方波幅值误差 15V 13 6V 1 4V 三角波幅值误差 20V 20V 0V 4 2 误差分析误差分析 在 EWB 仿真试验与实际中有差别 根据前面所提方案的要求 调试过程 主要集中在模拟电子电路部分 放大电路产生误差的原因很多 一般有 运放 的输入偏置电流 失调电压和失调电流及其温漂 电阻器的实际阻值与标称值 的误差 且温度变化 另外 电源和信号源的内阻及电压变化 干扰和噪声都 会造成误差 五五 设计心得设计心得 通过这次对波形发生器的设计与制作 让我了解了设计电路的程序 也让 我了解了关于波形发生器的原理与设计理念 要设计一个电路总要先用仿真 仿真成功之后才实际接线的 但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样 因 为 在实际接线中有着各种各样的条件制约着 而且 在仿真中无法成功的电 路接法 在实际中因为元器件本身的特性而能够成功 所以 在设