电路CAD课程教学设计波形发生器

1、lAliLA5 LMY EttSlTTi OF lECLin ULQGY电路CAD课程设计报告波形发生器2011 年12月18日波形发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、 阶梯波等电压波形的电压或仪器。 根据用途不同，有产生三种或多种 波形的波形发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电 路。本次波形发生器设计要求产生方波和三角波， 矩形波发生电路是 其它非正弦发生电路的基础，当方波电压加在积分运算电路的输入端 是，输出就获得三角波电压。而矩形波电压只有两种状态，不是咼电 平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振 荡，就要求输出的两种状态自动地相互转

2、换， 所以电路中必须引入反 馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化， 即产生周期性变化, 所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。关键词：波形发生器，三角波，方波，电路原理图，PCB图.3.5设计任务与要求1. 1 设计要求1. 2 设计任务方案选择单兀电路设计23.3.3.3.矩形波发生器电路-二角波发生器电路电源电路单元电路计算电路板图设计4. 1 总原理图设计结论参考文献.5.6671 01 41 4波形发生器1、设计任务与要求1.1设计要求：使用集成运放设计一个波形发生器，产生一个频率为fo = 5 kHz的方波,其电压幅度为+Vs = | Vs| = 14V。同时产生一个

3、频率为fo = 5kHz的三角波,其幅度为+ Vt = | Vt| = 5V。波形发生器方框图见图（图1 ）。波形发生器方框图1.2设计任务:1.2.1方波发生器设计;1.2.2三角波发生器设计;123电源电路设计。2、方案选择波形发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等 电压波形的电压或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的波形发生器,使用的器件可以是分立器件（如视频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片函数发生器模块5G8038 ）。本次波形发生器设计当方波要求产生方波和三角波，矩形波发生电路是其它非正弦发生电路的基础, 电压加在积分运

4、算电路的输入端是， 输出就获得三角波电压。而矩形波电压只有 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；因 为产生振荡，就要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈;因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化， 即产生周期性变化，所以电路中要 有延迟环节来确定每种状态维持的时间。系统原理框图如下示:模拟电路实现方案用正弦波发生器产生正弦波信号,然后用过零比较器产生方波，再经积分电路产生三角波，电路框图如上示。此电路结构简单，且有良好的正弦波和方波信号。但经过积分电路产生同步三角波信号， 存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，且随着方波信号频率的改变

5、,积分电路输出的三角波的幅度同时改变。若要同时保持三角波的输出幅度不变,须同时改变积分时间常数的大小。系统原理框图如下示:波形发生器方框图若用运放完成，则选定用比较器，比较器器有好多种，比如单限比较器，滞 回比较器，窗口比较器等等。虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。滞回 比较器具有滞回特性，即具有惯性， 因而也就是具有一定的抗干扰能力。 从而选 择滞回比较器。由于本次波形发生器设计要求产生方波和三角波，矩形波发生电路是其它非 正弦发生电路的基础，当方波电压加在积分运算电路的输入端是， 输出就获得三 角波电压。而矩形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

6、部分；因为产生振荡，就要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即 产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。3 .单元电路设计3.1矩形波发生器电路矩形波发生电路是其它非正弦发生电路的基础，当方波电压加在积分运算电路的输入端是，输出就获得三角波电压。 而矩形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；因为产生振荡，就要求 输出的两种状态自动地相互转换， 所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。

7、下图是矩形发生器电路，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，放电实现输出状态的自动转换。矩形发生电路原理：将输出电压U0经过RC积分电路，利用电容的充放电电压取代外加输入信号送入比较器反相端，与同相端上的门限电压相比较，使比较器的输出不 断发生转化，从而形成高低电平周期性交替的矩形振荡波形。接通电源的瞬间, 电容C的初始电压为0，电路输出电压U0使高电平或者低电平是随机的，假设输出电压为高电平U0=+UZ，则运放的同相输入端电位是 U+=UT+.(1)u0通过R对电容C正向充电，使UC增加,当UC上升到略大于UT+，比较器输出电压发生反

8、转，U0由+UZ变为-UZ，同相端的电位U+由UT+变为UT-。(2)UC通过T对电容反向放电，使UC减小，当UC减小到略小于UT-，比较器输出电压发生反转，U0由-UZ变为+UZ，同相端的电位U+由UT-变为UT+。3.2三角形波发生器电路可将电容两在方波发生电路中，当滞回比较器的阈值电压数值比较小时,端的电压看成为近似三角波。但是， 一方面这个三角波的线性度较差，另一方面 带负载后将使电路的性能产生变化。 实际上，只要将方波电压作为积分运算电路 的输入，在积分运算的输出就得到三角波电压。如下图所示。三角波产生电路3.3电源电路本设计还要求有电源电路。稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压

9、Uo、输出电流Io、输出纹波电压 Uop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择 这些器件。下图为稳压电源.3.4单元电路计算3.4.1频率计算公式:由于50050MR3是可调电阻，可调范围为0100K，所以频率f的可调范围为。当可调电阻R3为10K时，达到本次设计要求的 5KHZ。在本次设计中，为了满足负载的需要，在集成运放的输出端加稳压管限幅电路，从而获得合适的Ut。为了产生幅度相同的矩形波，两个稳压管的特性必须相同，如图（6）。本次设计采用两稳压管反向串接，其中稳压电压为14V，正向导通电压为0.9717V。所以 Uz

10、 的值为 14.9717V。3.4.2幅度的计算公式:±Ut= ±R1Uz/R2Ut= ±14.9717V。如果电路图仅此而已，如下图所示，则幅度改变的话，频率就跟着改变。如何使调频率和调幅度不相互影响幅度改变频率就跟着改变的信号发生器T1e.ease5T2407.3895 E5T2T140?3S9 5nsV/flJ一19 一 1+79M血19.14S6VVAi-VAI3SU6 . "37V-13.4?S2 U-20.219V-Channal A r TlM bjsa|Q.05nK/MiuX pojhion I 4.96画如-Trigfler Ed其10

11、 V/Dlyg Ijtvel卜 D.ECifit Bi &n I¥ position 0_CiO座丄E3旦DCharwieF B 110 v/aia 1V positionM ； £对应的信号发生器输出波形可以在输出端ut处加一跟随器，这样调频和调幅可互不影响。如下图所示:调频和调幅可互不影响的信号发生器£33 Oscilloscope-Time base -lo.BLfcs/diwXp omitiQn 4,日3 IlM:TriggerHee飞_Level I-ago耳IBD纠间毛IChannel'百thanriel B =5 vroij V po

12、srtioriQQQ11G . C 0 GST2毋06541 msT1.T1466.5491FiSVi.113.7896V7氓-13. 7870 U两-例-£7 .uV517&4.7425n y'忌1 . IE'2U4E4 . EaS4n *对应的调频和调幅可互不影响的信号发生器输出波形4电路板图设计4.1总原理图4.1.1用EWB仿真设计a .用EWB绘制的电路图:EWB绘制波形发生器b .用EWB仿真的波形图:EWB绘制波形发生器仿真结果4.1.2用Protel模拟电路a.用Protel绘制的原理图b.用Protel绘制的原理图ERC检查c.用Protel

13、绘制的原理图生成网络表d.用Protel绘制的PCB板:用Protel绘制的原理图封装PCB板4.1.3元件清单及封装:元件序号型号主要参数封装数量备注R1RES210kAXIAL0.31R2RES215kAXIAL0.31R3RES210kAXIAL0.31R4RES22.5kAXIAL0.31R5P0T210kVR21R6P0T28kVR21R7P0T28kVR21C1CAP0.2uFRAD0.41C2CAP100uFRAD0.41C3CAP100uFRAD0.41D1DIODEDIODE0.41SCHOTTKYD2DIODESCHOTTKYDIODE0.41OPAMP1OPAMPDI P

14、61OPAMP2OPAMPDI P61OPAMP3OPAMPDI P61OPAMP4OPAMPDI P61BT1BATTERY15vRAD0.41BT2BATTERY15vRAD0.41BT3BATTERY15vRAD0.41BT4BATTERY15vRAD0.41BT5BATTERY15vRAD0.41BT6BATTERY15vRAD0.41BT7BATTERY15vRAD0.41BT8BATTERY15vRAD0.415 .设计结论通过本次课程设计，学会了通过使用 EWB仿真，产生平时示波器上才有的方波和三角波波形。成功的使用集成运放设计一个波形发生器， 产生一个频率为fo = 5 kHz的方波，其电压幅度为+Vs = | -Vs | = 15V。同时产生一个频率为fo