设计制作一个产生方波-三角波-正弦波函数转换器

实用文档文案大全模拟电路课程设计报告课题名称：设计制作一个产生方波－三角波－正弦波函数转换器。姓名：学号：45专业班级：电信指导老师：设计时间:1月3号设计制作一个产生方波－三角波－正弦波函数转换器（一）设计任务和要求①输出波形频率范围为0.2KHz~20kHz且连续可调；②正弦波幅值为±2V，；③方波幅值为2V；④三角波峰-峰值为2V，占空比可调；⑤用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）（二）函数发生器的方案(一)：直流电源（将220V的交流电变成+12V和-12V的直流电）直流电源的组成及各部分的作用:电网电压电网电压电源变压器整流电路滤波电路稳压电路负载1.直流电源发生电路图如下所示:（二）函数发生器方案一：电压（滞回）比较器电压（滞回）比较器积分运算电路差分放大电路如下图所示：图(1)方案二：电压（滞回）比较器电压（滞回）比较器积分运算电路利用折线法如下图所示：图(2)方案三：电压（滞回）比较器电压（滞回）比较器积分运算电路二阶低通滤波电路如下图所示：图(3)方案讨论：（我选择第三种方案）制作一个函数发生器（方波-三角波-正弦波的转换），由电压比较器可以产生方波，方波通过积分可以产生三角波，对于三角波产生正弦波的方法较多。方案一中了利用差分放大电路实现三角波-正弦波的转换，优点：差分放大电路具有工作稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强，特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变成正弦波，有效的利用了差分放大传输特性曲线的非线性。缺点：差分放大电路比较复杂，很容易造成虚焊，布局中有较多的晶体管，很容易错焊。方案二中利用了折线法实现三角波-正弦波的转换，优点：利用折线法焊接电路比较简单，不受输入电压频率范围的限制，便于集成化；缺点：反馈网络中的电阻要匹配很困难。方案三中利用了低通滤波实现三角波-正弦波的转换，优点：电路焊接比较简单，减少工作量和器材，所需要的器材都比较容易购买三、单元电路设计与参数计算1、直流电源的参数设计提供的是220V的交流电源要变为12V直流电源，整流后的电压及电流为：【1】整流电路：将交流变直流的过程。(b)理想情况下的波形(c)考虑整流电路内阻时的波形设变压器副边电压U2=, U2为其有效值。(b)理想情况下的波形(c)考虑整流电路内阻时的波形则：输出电压的平均值 输出电流的平均值IO(AV)=0.9U2/RL脉动系数S== 2/3=0.67二极管的选择最大镇流电流IF>1.1最高反向工作电压 URM>1.1【2】滤波电路：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。如图所示按照三角形相似关系可得：UO(AV)=U2(1-T/4RLC)当RLC=(3~5)T/2时，UO(AV)=1.2U2脉动系数为 S=滤波后的电压： 【3】稳压电路：把电压幅值稳定的电路。在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。限流电阻R是必不可少的元件，它既限制稳压管中的电流使其正常工作，又与稳压管相配合以达到稳压的目的。一般情况下，在电路中如果有稳压管存在，就必然有与之匹配的限流电阻。(1)稳压电路输入电压UI的选择：根据经验，一般选取 UI=(2~3)UOUI确定后，就可以根据此值选择整流滤波电路的元件参数。(2)稳压管的选择：UZ=UO;IZmax-IZmin>ILmax-ILmin;稳压管最大稳定电流 IZM>=ILmax+ILmin（3）限流电阻R的选择：通过查手册可知：IZMIN<=IDZ<=IZMAX;计算可知:=（UImin-UZ)/(IZ+ILmax）Rmin=(UImax-UZ)/(IZM+ILmin)其中变压器用220V~15V规格的选的三端稳压器为：LM7812、LM7912，整流用的二极管可用1N4007，电解电容用3300ufC7与C8可用220Uf电容C3与C3可用0.3322UfC5与C6可用0.1uF，发光二极管上的R用1KΩ。2、波形产生电路部分的参数设计方波要求幅值为2V，三角波要求峰峰值为2V.利用同相滞回比较器和积分运算电路分别产生方波和三角波。图中滞回比较器的输出电压=，其中由可由+稳压管确定，由于没有稳压值为2V的稳压管，所以在3.3V的稳压管的两端并联一个10K的电位器，以达到输出电压为2V的要求。跟据叠加原理，集成运放同相输入端的电位为:令，则阈值电压：设二极管导通时的等效电阻可以忽略不计，电位器的滑动端移到最上端。当=+时，D1导通,D2截止，输出电压的表达式为（以下出现的RW为图（3）中的R7）=-UZ(t2-t1)/(R3C)+(t0)其中随时间线性下降。当=时，D2导通，D1截止，输出电压表达式为=-1/[(R3+RW)C]UZ(t2-t1)+(t1)Uo随时间线性上升，由于Rw远大于R3,,根据三角波发生电路振荡周期的计算方法，可得出下降时间和上升时间，分别为T1=t1-t2=2R1R3C/R2T2=t2-t1=2R1(R3+RW)C/R2所以振荡周期为T=2R1(2R3+RW)C/R2因为R3的阻值远小于RW，所以可以近似认为T=T2由调整和的阻值可以改变锯齿波的幅值；调整R1,R2和RW的阻值以及C的容量，可以改变振荡周期；调整电位器滑动端的位置，可以改变的占空比，以及锯齿波锯齿波上升和下降的斜率。因为设计要求：方波的幅值为2V,三角波的峰峰值为2V,所以,取=20K,=10K,为了更好的调节出波形，取为10K的电位器，取C=0.47Uf,RW为20K的电位器，又为200HZ~20KHZ,由=R2/2R1(2R3+RW)CR3得为96.35~9.64K，所以取R3为20K的电位器三角波经二阶低通滤波电路后形成正弦波，其中：传递函数为令s=jw,fo=1/2∏RC,则电压放大倍数要求正弦波的幅值为2V，则，=2即=1+=2所以取=1K,,R9=10K,（四）总原理图及元器件清单总原理图图五：总原理方框图2.元件清单元件序号型号主要参数数量单价变压器15V19.0元三端稳压器W781211.0元三端稳压器W791211.0元电阻R4,R9,R1010K40.1元电阻R7,R81K40.1元电阻R220K10.1元电位器R3,R620K20.8元电位器R510K20.8元电容0.1uF20.2元电容电解电容3.3mf21.5元电容0.33Uf20.2元电容C1,C2,C30.47uF30.2元电容电解电容250uF20.5元二极管1N400760.1元发光二极管超红LED1,超绿LED220.3元稳压管3.3V20.2元电阻R45K10.1元芯片Ua74131.0元夹子红色,黑色90.2元五、安装与调试1.直流稳压电源（1）．设计并画出电路图。（2）．参数计算,焊接电路.（3）．用万用表测得输出的直流电压及两端的管压降。2.正弦波、方波、三角波、锯齿波（1）．根据设计题目要求，选定电路，确定集成运放的型号，并进行参数计算。（2）按所设计得方案组装焊接电路板。（3）．调试电路，观察输出波形，并与理论计算值做比较，计算误差。（4）经调试后用示波器可测得各输出端的波形如下所示。方波三角波输出波形正弦波输出波形六、性能测试与分析1．直流稳压电源（1）．数据记录：输出：+12.1V、-12.0V。管压降为:LM7812：9.5V,LM7912:9.6V（2）．数据处理：b．输出直流电压相对误差：LM7812：|12.1-12|/12×100%=0.83%。LM7912：|12-12|/12%=0%。2.方波—三角波—正弦波发生器（1）．数据记录a．方波由图可知，方波的峰-峰值：Up-p=2.02×2＝4.04V幅值为：U=4.04/2=2.02V误差分析：误差百分比=|2.02-2.0|/2.0%=1.0%b．三角波由图可知，三角波的峰-峰值：Up-p=2.01误差分析：误差百分比=|2.0-2.0|/2.0%=0%．C．正弦波由图可知，正弦波的峰-峰值：Up-p=2.12=4.2V幅值为：U=4.2/2=2.1V频率调节范围为：163.35HZ—10.56KHZ误差分析：误差百分比=|2.1-2.0|/2.0%=5.0%误差分析：提供的直流信号源输出电压没有达到理论值且输出电压不稳定。时间引起温度变化，集成块，电位器会发生变化影响测量值电路原理存在缺陷，参数设计的不够合理，导致与理想值存在差距；电子元件没有达到标准值。万用表的精确度不高，造成读数误差。焊接过程中，锡丝用量不够合理，导致电路接触不好，造成误差、。电网不稳定，造成误差。七、结论与心得实验结果讨论1.通过整流、滤波、稳压电路可把交流电变为稳定的直流电源；在整流环节单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副变电压下，对二极管的要求是一样的，并且还有高输出电压，变压器利用率高，脉动系数小等优点。2.在焊接直流电源时应注意大容量的电解电容，正负不可接反，引脚课遵循长正短负的原则，否则很容易爆炸。3.本实验通过对方波的积分得到高线性度的三角波，要让三角波的占空比可调，可利用二极管的单向导电性使得积分电路中的C充，放电的回路不同便可得，若要由三角波得到方波，只需要对三角波进行微分。4.产生方波可用电压比较器实现，选用滞回比较器是因为其抗干扰能力强。5.焊接电路最好先布局好，考虑好再进行焊接，可省下许多不必要的麻烦。6.正弦波可通过不同的方案得到，要根据一定的条件选择，细心设计焊接电路，不可盲目操作，通过不同的方法，计算合理的参数可以让不同的波形进行相互转换。模拟电路课程设计心得体会通过这次课程设计——方波-三角波-正弦波电流的转换，学习到了很多，使我受益匪浅，不仅学习到了专业知识与技能，更重要的是收获到了经验与体会。实验设计使我掌握了如何识别常用元件，实际操作起来很困难，要将实际和理论联系起来需要不断的下功夫，它和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。课程设计诚然是一门专业课，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我很多思考的空间，同时动手设计让我感触颇深，仿真电路上先尝试下方案的可行性，再通过小组的讨论确定了相对最好的方案，再进行焊接，电路板的焊接过程中，首先要整体的布局，使元器件分配均匀，外表美观，以及焊接得更快，更准确，也能节省时间，减少失误；同时，焊接电路时一定要注意接点不能虚焊，元器件的正负极要区分开，不要焊接反了。虽然过程有点辛苦，但是看到示波器上显示出的属于自己的成果，心里别提多高兴了。通过这次实验设计，我懂得了理论与实际相结合是很重要的，以及团结力量的强大，这次设计让我明白了思路即出路，有什么不懂的要及时请教老师或同学，相信只要认真专研，动脑思考，动手实践，一定会收获硕果累累。建议：(1).安全起见，焊接直流电源时变压器应用螺丝固定，将保险丝固定在电路板中。(2).对于比较复杂的电路，裸露的导线交叉焊接时有可能烧坏电路或是使电路短路，引入过桥线可以避免一些不必要的麻烦。(3).由于没有2.0V的稳压管，可用稳压值为3.3V的稳压管，可以在它两端并联一个10K的电位器调节需要的稳幅电压(八)参考文献：1．．《模拟电子技术》----清华大学出版罗振中主编(2005)2．《模拟电子技术基础》----清华大学出版金凤莲编（2009）3．《电子线路设计·实验·测试》——华中科技大学出版社志美主编4．《模拟电子技术基础》——清华大学电子学教研组童诗白华成英编（2000）5.《电子实验与课程设计》——赣南师范学院物理与电子信息学院物理与