方波发生器的设计与仿真.docx

方波发生器的设计与仿真班 级：09电子学 号：F0955120姓 名：王彦安指导教师：吴琼目 录1、课程设计的目的.32、课程设计的方案论证.23、课程设计的主要内容.34、仿真分析方案.85、心得体会.106、参考文献.11方波发生器的设计与仿真1、课程设计的目的低频电子线路的课程设计是学习理论课程之后的实践教学环节。目的是通过解决比较简单的实际问题巩固和加深在低频电子线路课程中所学的理论知识和实验技能。通过模拟电子技术的课程设计方法，加深对该课程和其他相关课程知识的理解和认识。训练学生综合运用学过的电子技术基础知识，在教师指导下完成查找资料，选择、论证方案，设计电路，安装调试，分析结果，撰写报告等工作。通过完成指定的设计和仿真任务，初步掌握仿真结果分析和撰写设计报告方法和步骤。使学生初步掌握模拟电子电路设计的一般方法步骤，通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力，为后续课程的学习、毕业设计和毕业后的工作打下一定的基础。2、课程设计的方案论证2.1概述方波信号发生器，作为一种常用的信号源，由滞回比较器和RC充放电回路构成能，产生特定的周期性时间正弦波信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和仪表测量校正。另外，还可广泛应用于电子信息、机械、交通、地质、航天航空等专业，在教学、科研、生产、工程等诸多领域的应用都非常广泛。除此以外，在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。与人们生活密切相关。2.2 设计方案选择 图1 图1中的运放和正反馈电路R1和R3成滞回比较器；R2与C构成定时电路，以决定电路的振荡频率；R4和双向稳压管将电路的输出电压限制在+UZ和-UZ之间，使输出幅度规范。电源刚接通时, 即滞回比较器输出端为高电平， 输出经R2给电容C充电，按指数规律升高。而此电容上的电压接到集成运放的反相输入端，即U- =Uc,当电容上的电压升到U- =U+时，滞回比较器的输出端将发生跳变，由高电平变为低电平，使Uo变为Uz,于是集成运放同相输入端的电压也立即变为也立即变为，输出电压变为低电平之后，电容C将通过R2放电，使Uc逐渐降低，当电容上电压下降到U- =U+时，滞回比较器的 输出端将再次发生跳变，由低电平变为高电平，即Uo=+Uz，以后重复上述过程，电容如此反复充放电，滞回比较器的输出端反复在高低电平之间跳变，产生正负交替的波形。3、课程设计主要内容3.1计算过程3.1.1 元件选择计算过程 选择741型的集成运放U1，选择两个稳压管D1,D2其数值都为4.3V，电压源选择15V， 由公式 ,因为要求幅值大于等于2V，稳压管D的作用就是限幅，将数值分别带入公式，可以得出R1R3的最小值为0.78，因此设计中将R1,R3的值分为设计为15K,20K 。 3.1.2 选定元件列表表1 滞回比较器选定元件列表名 称标 号参数（型号）数 量电 阻R115K1个R320K1个R41.0K1个稳 压 管D1、D24.3V2个集成运放A14711个3.2 RC充放电回路设计3.2.1 RC充放电回路结构 图3 RC充放电回路图要有图名,且五号黑体3.2.2 元件选择计算过程电阻R4.电容C选择计算 电容放电的过程中,电容两端电压Uc从+Uz下降至-Uz所需的时间等于,而电容放电时,Uc的表达式为Uc(t)=Uc(t)- Uc()e -+ Uc()Uc(0)= +UzUc()=-Uz=R2C代入上面Uc的表达式,得Uc(t)=(Uz+Uz)e-Uz当t=T/2时, Uc=-Uz,将此二值代入上式,可得-Uz=( Uz+Uz)e-Uz 根据此式可解得矩形波的振荡周期为T=2R2CLn(1+) 由此可知,改变充放电时间常数R2C以及滞回比较器的电阻R1和R3,即可调节方波的振荡周期.由此改变方波的频率，因为R1,R3的值分别为15K,2OK，因此选择C的值为0.01F，滑动变阻器R2的值为500K.3.2.3 选定元件列表 表2 充放电回路选定元件列表名 称标 号参数（型号）数 量电 阻变阻器R2500K1个电容C0.01F1个3.2.4完整的原理图图4 用Multisim软件绘制的仿真原理图3.2.5元件列表表3 元件列表元 件 名 称标号参数型号数 量集成运算放大器U17411电 阻R1、15K1变阻器R2500KR320KR41K稳 压 管D1、D24.3v2电 容C0.01uf1 四、 仿真分析方案4.1 仿真分析原理图 4.2 仿真分析方案采用Multisim7.0对方波发生器的输出方波进行仿真，当滑动变阻器的阻值输入60%时，由周期公式,T=2R4CLn(1+)，其中R4=500K, C=0.01f, R3=20K, R2=15K,可以得其波形周期的待测量数值约为0.07S。连接好电路图后对仿真波形进行静态电压静态电流等分析、进行测量电压放大倍数，输入电阻、输出电阻的动态分析、以及频率特性分析。将仿真的结果与实际的理论结果进行比较，分析实验误差，思考实验改进的方面。4.3仿真结果与分析仿真结果图 4.4误差分析1.由于外界电磁场干扰使实验器件参数有所差异导致误差产生。2.过程数据的估读也是产生误差的原因。5、心得体会本次设计方波发生器，主要结构是一个滞回比较器与一个RC充放电回路组成，此设计的特点是将产生一个频率在1001000连续可调的方波，本设计中通过一个滑动变阻器R2和一个开关实现本功能，但在设计中存在一定的问题，如：如何在条件允许的情况下尽可能的减小实验误差，如何通过改变元件的参数尽可能的使频率在1001000连续可调等。应该在元件参数的选择方面进行进一步的改进。通过本次课程设计，首先使我了解了Multisim7 软件的绘图及仿真的过程，这一过程中不仅提高了我独立思考、动手、解决问题的能力,在此同时使我掌握了近代模拟电子技术的理论基础知识,电路分析与计算的基本方法,具备进行实验的初步技能,并为以后学习专业课打下了一定的基础.而且使我学会了如何把理论与实际相结合，为以后的学习和工作打下了坚实的基础。 其次通过学习模拟电子这门课程使我了解了放大器的分析和计算方法.通过学习计算机辅助软件使我可以单独运用软件编辑简单的模拟电子电路图,并可以利用电路编辑软件对其进行分析,仿真和计算.可以将抽象的理论知识与实际电路设计联系在一起 ,尤为重要的是在掌握了模拟电路设计方法的同时也加深了对课程知识的理解和综合的运用,培养了我综合运用理论知识和专业知识解决实际工程问题的能力,以及工程意识创新能力。为我将来的就业打下坚实的基础。在此，特别感谢吴琼老师的耐心指导，使我在本课程设计中受益匪浅。6、参考文献参考文献不够1郝宏安,徐红媛.555集成电路实用大全M.上海:科学普及出