模拟电子技术课程设计 多功能三角波产生器的设计

模电课程设计第2章系统方案设计2.1课程设计目的设计制造能产生方波、三角波的波形发生器。2.2课程设计要求运用集成运算放大器为主要器件，设计—个三角波产生电路。（1）设计任务设计制作一台能产生方波、三角波和正弦波的波形发生器。（2）设计要求①输出波形频率范围为0.02Hz∽20kHz且连续可调；②正弦波幅值为±10V，失真度小于2%；③方波幅值为10V；④三角波峰-峰值为20V；⑤各种波形幅值均连续可调；⑥设计电路所需的直流电源。2.3方案设计产生方波、三角波的方案有多种，本次实验主要采用用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[1]。如图2-1方波三角波发生电路组成框图RC振荡电路方波产生RC振荡电路方波产生三角波产生比较电路积分电路图2-1方波三角波发生电路组成框图图2-1方波三角波发生电路组成框图第3章原理图设计及仿真3.1三角波方波发生器方案一3.1.1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3.1.2三角波产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。3.1.3滞回电压比较器图3-2滞回电压比较器的直流传递特性图3-1滞回电压比较器图3-2滞回电压比较器的直流传递特性图3-1滞回电压比较器3.1.4方波三角波发生器：如图3-1所示的滞回电压比较器级联一积分器，再将积分器的输出作为比较器的输入，如图3-4所示。由于积分器可将方波变为三角波，而比较器的输入又正好为三角波，因此可定性判断出，如图3-4电路的输出电压uo1为方波，uo2为三角波，如图3-5所示。下面分析其振荡周期。图3-4方波——三角波发生器积分器输出电压从-Uth增加到+Uth所需的时间为振荡周期T的一半，由积分器关系式或注意到，故振荡频率则为图3-5方波——三角波发生器的输出波形3.2三角波—方波发生器方案二3.2.1NE555装置的三角波-方波发生器电路图图3-6NE555装置的三角波-方波发生器电路图图3-6NE555装置的三角波-方波发生器电路图3.1.2NE555装置的三角波-方波发生器电路原理工作原理：电路如图3-6所示。VT1、VT2和电阻R1构成恒流源，用于对电容C2实现线性充电；VT3、VT4和电阻R2构成恒流源，用于电容C2实现线性放电。电路刚接通，C2上电压为零，555时基集成电路的=2\*GB3②、=6\*GB3⑥脚小于1/3Vcc,其=3\*GB3③脚输出高电平（约10.8V），二极管VD4正偏，VD3反偏；VD1正偏，VD2反偏。VT2集电极电流流过VD1向C2充电，当C2上电压线性增长到23Vcc（即8V）时，555的=6\*GB3⑥脚触发，使=3\*GB3③脚输出低电平（约0V）。此时VD1、VD4反偏，而VD2、VD3正偏、电容C2上的电荷通过VT3集电极放电，当C2上电压线性下降到1/3Vcc（即4V）时，555的=2\*GB3②脚触发，而使=3\*GB3③复位，输出高电平，如此周而复始，在555的=2\*GB3②、=6\*GB3⑥脚便可得到线性度很高的三角波，而在=3\*GB3③脚便可得到占空比为50%的方波。该电路的频率为0~200kHz及以上的范围，且稳定度很高。电路的频率通过计算求得：f≈0.1375/(R1+R2)C2如电路中所给的R1、R2的值，f≈208KHz。电路图中VT5为高ß输出缓冲级，三角波从VT5的射极取出，幅度约为4V。同时，本电路可以变通应用：改变R1或R2的大小，可以改变三角波上升或下降时间，相应改变方波的占空比，或者控制555的=5\*GB3⑤脚电压，即可改变=3\*GB3③脚方波的频率（线性变化）[2]3.3三角波—方波发生器方案三3.3.1由集成运放构成的三角波—方波发生器原理图图3-7由集成运放构成的三角波图3-7由集成运放构成的三角波—方波发生器原理图3.3.2由集成运放构成的三角波—方波发生器输出波形图3-8由集成运放构成的三角波—图3-8由集成运放构成的三角波—方波发生器输出波形3.3.3由集成运放构成的三角波—方波发生器的原理如图3-7所示的电路中，第一级A1组成迟滞电压比较器，输出电压uo1为对称的方波信号。第二级A2组成积分器，输出电压u。为三角波信号。设稳压管的稳压值为Uz，则电压比较器输出的高电平为+Uz，低电平为－Uz，由图3-7可得，A1同相端的电压为（3.5）由于此电压比较器的u=0，令u＋＝0，则可求得电压比较器翻转时的上、下门限电位分别为（3.6）门限宽度为 （3.7）比较器输出±Uz经电位器RP分压后，加到积分器的反相输人端。设分压系数为n，则积分器输入电压为±nUz，反相积分器的输出电压为 （3.8）当t=0时，有 （3.9）当t=t1时，有 （3.10）所以方波和三角波的周期为 （3.11）方波和三角波的频率为 （3.12)由以分析可知，改变Uz可改变输由电压u01,U0的幅度改变R1/R2的比值，可改方波、三角波的周期或频率，同时影响三角波输出电压的幅度，但不影响方波输出电压的幅度；改变而和R．C，可改变频率，而不影响输出电压的幅度[3]第4章硬件电路安装调试4.1面包板的使用方法及注意事项1.安装分立元件时，应便于看到其极性和标志，将元件引脚理直后，在需要的地方折弯。为了防止裸露的引线短路，必须使用带套管的导线，一般不剪断元件引脚，以便于重复使用。一般不要插入引脚直径〉0.8mm的元器件，以免破坏插座内部接触片的弹性。

2.对多次使用过的集成电路的引脚，必须修理整齐，引脚不能弯曲，所有的引脚应稍向外偏，这样能使引角与插孔可靠接触。要根据电路图确定元器件在面包板上的排列方式，目的是走线方便。为了能够正确布线并便于查线，所有集成电路的插入方向要保持一致，不能为了临时走线方便或缩短导线长度而把集成电路倒插。

3.根据信号流程的顺序，采用边安装边调试的方法。元器件安装之后，先连接电源线和地线。为了查线方便，连线尽量采用不同颜色。例如：正电源一般采用红色绝缘皮导线，负电源用蓝色，地线用黑线，信号线用黄色，也可根据条件选用其它颜色。

4.面包板宜使用直径为0.6mm左右的单股导线。根据导线的距离以及插孔的长度剪断导线，要求线头剪成45º斜口，线头剥离长度约为6mm左右，要求全部插入底板以保证接触良好。裸线不宜露在外面，防止与其它导线断路。

5.连线要求紧贴在面包板上，以免碰撞弹出面包板，造成接触不良。必须使连线在集成电路周围通过，不允许跨接在集成电路上，也不得使导线互相重叠在一起，尽量做到横平竖直，这样有利于查线，更换元器件及连线。

6.最好在各电源的输入端和地之间并联一个容量为几十微法的电容，这样可以减少瞬变过程中电流的影响。为了更好地抑制电源中的高频分量，应该在该电容两端再并联一个高频去耦电容，一般取0.01~0.047Uf的独石电容。

7.在步线过程中，要求把各元器件在面包板上的相应位置以及所用的引脚号标在电路图上，以保证调试和查找故障的顺利进行。

8.所有的地线必须连接在一起，形成一个公共参考点[4]。4.2硬件电路安装4.2.1滞回电压比较器直流传递特性的测定“方波——三角波发生器”实验包括滞回电压比较器直流传递特性的测定及方波——三角波发生器的实现。4.2.2方波——三角波发生器的实现4.3电路的调试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。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。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，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。心得体会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，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。这次课程设计虽然短暂但是让我得到多方面的提高，首先，提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识。另外，我们还更加充分的认识到，模拟电路这门课程在科学发展中的至关重要性。其次，查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。最后，相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，开始并不理解方波三角波发生器的原理，但是和同学讨论后，理解了方波三角波发生器的基本原理，很快的根据电路原理图连接好电路板。在这次课程设计的过程中，让我了解了要多思考、多比较和多尝试把所学的书本知识应用于实际，培养自己的动手能力。所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑