压控阶梯波课设(共22页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上目录任务书压控阶梯波发生器的设计与制作一、 任务和要求设计并制作一个压控阶梯波发生器，要求如下：1、输出阶梯波的波形如图示，频率f与电压Vc的函数关系为： f=1/T=100Vc（Hz/V）式中控制电压Vc的变化范围为+1V+10V；2、阶梯波的实际频率与按上述函数关系计算所得数值相比，误差不超过±5%；3、输出电压Vo的实际值与理论值相比，误差不超过±10%；4、设计并制作本电路所用直流稳压电源，用AC220V供电。二、 提示和参考文献1、压控振荡器参阅模拟电子技术（第二版）第九章附录9A；2、D/A转换器采用电子技术基础课程设计参考资料第一章图

2、1-29的右半部分。一、方案论证1.1提出方案方案一：基于模拟电路的设计图1.1 阶梯波发生器的原理框图图1.2 基于模拟电路的阶梯波信号产生电路基于模拟电路的阶梯波信号产生电路如图1.2所示，它实际上是将方波序列转变为阶梯波的电路。这样，在一个周期中，两端的电压增量为：由于二极管保证了电荷只能单向传输，所以每一个阶梯的电压幅度均为vC3，保持时间与方波的周期相等。这样，每当方波经过一个周期，输出波形就变化一个阶梯vC3。在忽略复位时间时，阶梯波电压的周期可近似为：其仿真电路图为：图1.3 基于模拟电路的阶梯波仿真电路方案二：基于数字电路的设计方案原理框图如下：5V直流稳压源压控振荡器五进制计

3、数器数模转换器反相器、 图1.4基于数字电路的设计方案原理框图直流电源用来提供稳定的电流；压控振荡器产生方波，其频率主要由输入电压决定；五进制计数器作为数模转换器的开关，通过数模转换器送出反向的阶梯波；通过反相器，最终得到正向的五阶波形。仿真电路如下： 图1.5 基于数字电路的阶梯波仿真电路1.2 方案比较数字电路是在模拟电路的基础上发展起来的，数字电路是以模拟电路为基础的，两者最大的区别就是信号的传输形式，一个是数字信号，一个是模拟信号。在计算精度方面，模拟系统是不能和数字系统相比拟的。为此，许多测量仪器为满足高精度的要求，只能采取数字系统。数字电路比较精确但是受器件限制较为明显，模拟电路器

4、件耐受程度较高，造价相对低廉。基本上没有绝对的纯数字电路，数字电路一般也是靠模拟电路支撑。为了得到更精确的波形，采用数模混合方案即第二个方案。具有算术运算能力和逻辑运算能力，可进行逻辑推理和逻辑判断。二、单元电路设计及原理2.1 直流稳压电源交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是，当电网电压波动或负载发生变化时，其平均值也将发生变化。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化影响，从而获得足够高的稳定性。a.设计要求设计并制作本电路所用5V直流稳压电源，用AC220V供电。b.直流稳压电源的基本原理直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电

5、路四部分组成，其方框图如下图所示： 交流输入220V 50HZVOVIVi变压器稳压电路整流虑波电路图2.1-1 直流稳压电源设计原理框图1) 变压器的作用是将220V 50HZ的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Vi2) 整流滤波电路。整流电路将交流电压Vi变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除纹波，输出直流电压VI.3) 三端集成稳压器W7805。该系列稳压块有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防过载而损坏。经此输出直流5V电压。c.电路设计图2.1-2 直流电源设计电路图d参数选择变压器选择：要输出5V直流电压，所以选择型号为220V9V的变压器。稳压管选择：因为要输出的电压，

6、故选择W7805。电容的选择：C1=4.7uF,C2=C4=1000uF,C3=2.2uF。2.2 压控振荡器a.电路设计压控振荡器由积分器和滞回比较器组成，设计电路图如下：图2.2-1 压控振荡器设计电路图b.仿真波形压控阶梯波是由积分电路和滞回比较器组成，积分电路用于给滞回比较器提供锯齿波，然后输出矩形波。由积分电路输出的仿真波形“锯齿波”由滞回比较器输出的仿真波形“矩形波”c.工作原理压控振荡器如上图，上半部分是积分电路，下半部分是同相输入滞回比较器，他起开关作用，当滞回比较器的输出电压时，二极管截止，输入电压经电阻向电容C充电，输出电压逐渐下降，当下降到零再继续下降使集成运放同相输入端

7、的电位略低于零时，由跳变到，二极管由截止变导通，电容放电。由于放电回路的等效电阻比小得多，因此放电很快，迅速上升，使的很快上升到大于零，很快从跳回到，二极管又截止，输入电压经再向电容充电。如此周尔复始，产生振荡。据以上分析可画出和的波形如图所示，图2.2-2压控振荡器波形T1uoUo2tttt+UZ+UZ+UZ-UZ-uomuomttT2d.参数计算由以上分析可知，电容放电的时间很短，因此振荡周期近似等于充电周期T1，它由以下公式求出： (1)其中是输出电压的峰值，它与三角波发生电路输出电压的峰值类似，即 (2)将它代入（1）并设在时间为常值，则可得因此震荡频率是可知，振荡频率与输入电压成正比

8、。2.3 计数器a电路设计图2.3-1 五进制计数器b.工作原理74LS160为异步清零计数器，即端输入低电平，不受CP控制，输出端立即全部为“0”，功能表第一行。74LS160具有同步预置功能，在端无效时，端输入低电平，在时钟共同作用下，CP上跳后计数器状态等于预置输入DCBA，即所谓“同步”预置功能（第二行）。和都无效，ET或EP任意一个为低电平，计数器处于保持功能，即输出状态不变。只有四个控制输入都为高电平，计数器（161）实现模10加法计数，Q3 Q2 Q1 Q0=1001时，RCO=1。CP:时钟脉冲输入端。上升沿有效。 A,B,C,D：数据输入端。用于预置计数器的初始状态。 LD：

9、同步预置控制端。低电平有效，即该端为低电平时，经数据输入端A,B,C,D对计数器的输出端QA，QB，QC，QD的状态进行预置。当需要清零时，给数据输入端均输入低电平即可。该端通常处于高电平。 QA，QB，QC，QD：计数器输出端。 ET：使能端。低电平有效，即当该端为低电平时计数器实现计数功能；当其为高电平时计数器禁止计数，输出保持原来状态。 RC进，借位输出端。用来作n位级联使用。当计数器进行加计数时该端作为进位输出端；当进行减计数时该端作为借位输出端。低电平有效，即通常处于高电平，出现进，借位信号时为低电平。进，借位信号为负脉冲。本电路采用同步置数法，即当出现0100时，在下一个时钟脉冲到

10、来时置零。2.4 数模转换器a电路设计图2. 4-1 数模转换器b. 电路原理把数字信号转化为模拟信号称为数模转换，简称D/A转化实现数模转换的电路称为数模转换器，其原理是将二进制数字量形式的离散信号转换成以标准量（或参考量）为基准的模拟量的转换器，简称 DAC或D/A 转换器。市场上有相当多的DAC芯片，精度高，速度快。但是仅仅为了完成课设要求，没有必要采用集成的DAC芯片。因此考虑到成本因素，我们决定采用分立元件搭建的电路。我们参考了数电书上的各种DA电路，有权电阻、权电流、权电容等方案。因为课设DA的频率要求不高，为了减小电路难度，最终我们采用了权电阻的DAC设计。这样的DA转换最后会得

11、到负电压，因此最后还应该加一个反相器。同时，这个反相器还可以起到调整波形幅度的目的。c参数计算图中R11:R10:R9=4:2:1.所以，当R9取20K时，R10为40K, R11为80k,对于反馈电阻有R12=5K。由电路原理可知，当R11、R10、R9对应端口分别为000，001，010，011，100时，输出电压是0v，1v，2v，3v，4v。d. 从数模转换器直接输出的仿真波形2.5 反相器从数模转换器输出的波形是一个反相的阶梯，故后面需再加一反相器。a. 电路设计图2.5-1 反相器设计电路图b.电路原理集成运放有同相输入端和反相输入端，这里的“同相”和“反相”是指运放的输入电压与输

12、出电压之间的相位关系。根据电路要求，选用集成运放的反相输入端。输入电压通过电阻作用于集成运放的反相输入端，故输出电压与反相。同相输入端通过电阻接地，为补偿电阻，以保证集成运放输入级差分电路的对称性。电路中通过引入负反馈，故为“虚地”。节点N的电流方程为由于N点为虚地，整理得出与成比例关系，比例系数为,符号表示与反相。c. 输出波形从反相器输出的仿真波形如图所示:三、实验装调用万用表对元器件进行测试，确定元器件完好。然后测试面包板，确定面包板的导通状态（横向导通还是纵向导通），然后按照所设计的电路图进行布线，要求连线尽量整齐、简明。然后按照电路原理图连线。对每个模块可以分别连线然后分别检查。直流

13、电流源中我们用到的元器件有变压器、电桥、W7805、电容（分别有2.u2UF一个、1000uF两个、4.7uF一个），按照电路图我们一一连好线路，进行调试。3.1 直流电压源的调试领到器材中的变压器有的零火线是暴露在外面的，所以都一般要求用绝缘物包裹起来，防止接通时电压器爆炸，由于缺少黑色胶带，有些同学就直接进行，导致变压器爆炸。所以调试时要特别注意。我们选用的是220V9V的变压器，所以接通变压器，用万用表的交流电压档测量次级线圈的输出电压是否为。连线时还应特别注意电解电容的正负极连接、电桥的管脚连接以及W7805和W7905的管脚连接问题，W7805的1管脚是输入端，2管脚是接地，3管脚是

14、输出端。遇到问题：1 检查时发现输出直流电压的值很小，结果发现地线未接通。2 刚开始我们做出来的直流电压接近5V，一切正常，结果第二天发现输出电压偏离正常值较远，检查发现我们刚开始用的25V 1000uF的电容已被烧坏，然后就换上了50V 1000uF的电容，经调试，一切正常，输出5.02V电路。3.2 压控振荡器的调试压控振荡器算是这个实验中遇到问题最多的一个环节，两个压控振荡器包括积分器部分和滞回比较器部分，我们分开进行调试。遇到的问题：1. 先是积分器部分，输出锯齿波，但是输出毛刺比较多，分析原因是由于受到干扰所致。2. 再就是整体出问题，滞回比较器部分输出波形是方波，但两个级联起来就无

15、输出波形，经分析得知是积分器无法驱动滞回比较器。考虑加一个施密特发生器，但由于时间原因，最终没有实现。3.3 五进制计数器的调试五进制计数器在接好线路后，进行调试。刚开始发光二极管显示错乱，经检查发现74LS160已经损坏，然后换了一个芯片，发光二极管显示有序，不过是十进制显示。分析得知，74LS20芯片不工作，又换了一个74LS20芯片，接通电路后发现芯片发烧，赶紧断开电路，检查发现用错芯片，由于粗心，把74LS02当成74LS20，又换了一个正常的74LS20芯片，经调试后发光二极管正常显示五进制。3.4 DA转换器的调试这一模块构造简单，但不能单独调试，需与上级的电路连接起来调试。但由于

16、压控振荡器没调试出来，我们就用函数发生器直接给五进制计数器提供脉冲进行调试，出现一个倒置的阶梯波，调试结果正常。3.5反相器的调试反相器也是构造比较简单的一个模块，和DA转换器一样需要与上级级联起来进行调试。同样，我们用函数发生器给五进制计数器提供脉冲。刚开始示波器无信号，仔细检查一遍发现LM324n已经损坏，换了一个芯片，结果出现毛刺特别多的阶梯波，后换到另一台示波器，调试出了较第一次精确的阶梯波，但也有少量毛刺，经分析是干扰所致。3.6 误差分析其中表示测量值，表示理论值,E表示相对误差。电源输出电压5.02V，与理论值5V有微小误差，其相对误差为：分析原因可能是电路中电阻、电容存在误差，

17、万用表也有一定误差存在。四、总结与体会 课设，对于第一次接触的我来说，刚开始动手的时候感觉心里就有点乱，有点急。但是我慢慢地调整了心态，万事开头难，但只要认真对待就能成功。此次设计以分组的方式进行，每组有一个题目。我们这组的题目是：压控阶梯波发生器。看到这个题目，起初有点茫然，后来通过翻阅资料慢慢了解了它。 此次电子技术课程设计，让我懂得了实践的重要性。即使课本知识掌握的很好，如果不会综合运用，也是一些支离破碎的无用的知识，而如果能够运用而实际动手能力很差，理论与实践结合不起来，学得再好也没用。这次课程设计恰好是将课本知识与的巩固与综合运用结合起来，再加上实际动手能力的培养三者结合起来的。一方

18、面，它加深与巩固了所学的各章节的理论，并将其综合运用，提高了我们综合运用知识的能力；另一方面，培养了我们学习知识的兴趣。 虽然我们这次遇到很多困难，有解决的，也有由于时间原因没解决的。但总之，这次设计多少还是有一点收获的。这次设计让我明白了一个道理，做任何事前之前，开始的态度都要摆好，都要认真去对待，到最后才不会后悔！为期三周的的电子课程设计很快就结束了，这三周给我的感触很深、收获很多：经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使我得到一次较全面的实践训练。理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，毕业设计打下扎实的基础。五、附录附录A 整体电路图见A3图纸附录B 管脚图芯片管脚

19、(1).稳压器管脚专心-专注-专业 W7805：它有三个引出端输入端（不稳定电压输入端）标以“1”输出瑞（稳定电压输出端） 标以“3”公共端 标以“2”RD LD ET EP CP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 × × × × × × × × 0 0 0 0 1 0 × × D C B A D C B A 1 1 0 × × × × × × 保 持 1 1 × 0 × × ×

20、 × × 保 持 1 1 1 1 × × × × 计 数74LS160功能表(2)计数器管脚123456789101112131474LS160RDCPD1GNDEPVCCD01516D2D3LDETQ3Q2Q1Q0CO4A4QVCC4B3A3B3Q14131211109874LS001QGND2Q2B2A1B1A765432174LS160为异步清零计数器，即端输入低电平，不受CP控制，输出端立即全部为“0”，功能表第一行。74LS160具有同步预置功能，在端无效时，端输入低电平，在时钟共同作用下，CP上跳后计数器状态等于预置输入DCBA，即所谓“同步”预置功能（第二行）。和都无效，ET或EP任意一个为低电平，计数器处于保持功能，即输出状态不变。只有四个控制输入都为高电平，计数器（161）实现模10加法计数，Q3 Q2 Q1 Q0=1001时，RCO=1。74LS160和74LS20用反馈置零法构成五进制计数器。电路如图2.3.1所示，当其输入为101时，74LS20控制自动置回零，所以其会