模电课程设计方波三角波发生器设计与仿真.docx

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模电课程设计方波三角波发生器设计与仿真

课程设计任务书

学院

信息工程学院

班级

姓名

设计起止日期

2012年7月9日—7月13日

设计题目：

方波—三角波发生器设计与仿真

设计任务（主要技术参数）：

1.主要技术参数（已知条件）

根据要求设计一个方波—三角波发生电路，

频率：

100Hz-1000Hz；幅度：

≧2V

2.利用软件画出电路原理图并仿真

3.编写设计说明书

指导教师评语：

成绩：

签字：

年月日

课程设计说明书NO.3

一、课程设计的目的

1.《低频电子线路》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。

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。

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.课程设计的基本要求

通过课程设计了解模拟电路基本设计方法，加深对所学理论知识的理解。

完成指定的设计、安装、调试任务，初步掌握测试结果分析和撰写设计报告的方法。

具体要求如下：

（1）明确设计任务

对设计任务进行具体分析，充分了解性能、指标、内容及要求，明确应完成的任务。

（2）方案选择与论证

通过查阅资料对不同的设计方案进行比较论证，根据现有的条件选择合适的设计方案，力争作到合理，可靠，经济，先进，便于实现，绘制出整体框图。

（3）单元电路设计

确定各个单元的电路结构，计算元件参数（写出主要计算过程和公式），选择器件。

（4）绘制原理图

绘制完整的原理图，在图中标明主要测试点及理想情况下的参数值（或波形），列出元件表。

有条件是应会用protelDXP等EDA设计工具绘制原理图并进行仿真。

（5）制定测试方案

根据实验室现有条件选择测试用的实验设备（列出所需设备表），绘制出实际电路连接草图，拟定测试步骤并设计好数据记录表格。

（6）测试验证

根据拟定的测试步骤进行测试验证，记录测试结果。

注意和理论值相比较，相差过大时应查明原因并及时修正，直接满足设计要求。

课程设计说明书NO.4

3.方案设计

（1）电路的选择方案

1　本设计采用方波—三角波发生器电路。

滞回比较器、运算放大器、正反馈。

2　根据设计要求和已知条件，确定电路方案，计算并选取各单元电路的元件参数。

3　测量三角波产生电路输出三角波的幅度和重复频率，使之满足设计要求。

4　测量方波产生电路输出方波的幅度和重复频率，使之满足设计要求

（2）主要技术参数

频率：

100Hz-1000Hz；幅度：

≧2V

（3）仿真软件的选择

本设计选用Multisim7软件

4.单元电路的设计

图1方波—三角波发生器电路原理图

课程设计说明书NO.5

（1）电路工作原理

t=0时积分电容上的初始电压为零,而滞回比较器为电高平,即.因集成运算同向输出端的电压同时与和有关，根据叠加定理可得

此时，而,故也为电高平.而当时,经反向积分,输出电压将随时间往负方向线性增长,则将随之减小,当减小至时,滞回比较器的输出端将发生跳变,使由跳变为,此时也将变成一个负值。

当时，积分电路的输出电压将随着时间往正方向线性增长，随之增大，当增大至时，滞回比较器的输出端再次发生跳变，由跳变为。

以后重复上述过程，于是滞回比较器的输出端电压u01成为周而复始使的矩形波，而积分电路输出端电压也成为周期性重复的三角波。

如图3所示。

图2方波—三角波发生电路的波形图

课程设计说明书NO.6

（2）该电路的有关计算公式为：

1　三角波发生电路的输出幅度为：

2　方波发生电路vO1的幅度

3　振荡周期为

（3）参数确定与元件选择

1　稳压二极管的作用是限制和确定方波的幅度，因此要根据设计所要求的方波幅度来选择稳压管的稳定电压。

此外，方波幅度和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关，为了得到对称的方波输出，通常应选用高精度的双向稳压二极管（如ZDW1型）。

为稳压管的限流电阻，其值由所选用的稳压管的稳定电流决定。

2　选择集成运算放大器

a.由于方波的前后沿与用作开关器件的的转换速率有关，因此当输出方波的重复频率较高时，集成运算放大器应选用高速运算放大器，一般要求时选用通用型运放即可。

b.电路中，与的比值均决定了运算放大器的触发翻转电平（即上、下门坎电压），也就是决定了三角波的输出幅度。

因此根据设计所要求的三角波输出幅度，由式（3）可以确定与的阻值。

（4）确定积分时间常数RC

1　元件R、C的参数值应根据方波和三角波所要求的重复频率来确定。

当正反馈回路

2　、的阻值确定之后，再选取电容C值，由式

（1）求得.

课程设计说明书NO.7

表1方波-三角波电路元件的元件表

电阻

5个

电容

1个

放大器

2个

稳压管

1个

电源

2个15V

5.设计参数

积分器的输入电压是比较器输出的恒定电压,或.当为时,由积分电路输出与输入的关系：

可得即有恒定的电流

对C充电按斜率线性上升,上升到0以后再上升到一定程度,使的同相端电压增加到略大于0,的输出状态将改变,由跳变到.此后电容放电,输出电压按斜率下降,当下降到一定程度,使的同相端电压下降到略

于0,的输出状态再次改变,由跳变到.如此循环往复形成一系列的方波三角波。

通过计算可得方波与三角波的频率和幅度。

三角波的幅度

选定ZDW1型稳压管，稳定电压。

方波幅度,方波

课程设计说明书NO.8

仿真参数：

KΩ，KΩ，KΩ，KΩ，

KΩ，μF

参数计算：

当发生跳变时，三角波输出达到最大值，而发生跳变的条件是：

，将，代人上式：

三角波输出幅度为

三角形的振荡周期为

三角波的震荡频率为

图3方波-三角波发生器仿真图

课程设计说明书NO.9

6.仿真结果与误差分析

1.以下为原理图参数下的仿真波形及结果

图4仿真结果

图5方波—三角波发生电路波形图

课程设计说明书NO.10

所以仿真结果为,频率为.

2．误差分析

（1）软件问题

由于Multisim7软件比较老，软件可能存在缺点，比如对仿真效果的影响

等，都有可能对整个测量的数据有影响。

（2）选择点的影响

由于振荡周期短，变化比较快，因此，选择点的不同，得出的测量结果也不同。

（3）电路图元件选值不合理

三角波的输出幅度与稳压管的以及电阻值之比成正比。

三角波的振荡周期则与积分电路的时间常数以及电阻值之比成正比。

当的选择不当，则影响其输出值。

因此，改变的比值，可改变振荡周期及输出电压的幅度。

由于采用运放组成的积分电路，若实现恒流充电，可使三角波线性大大改善。

7.心得体会

进行了一个星期的模拟电子技术的课程设计，学会了很多知识。

如：

更加深刻了解滞回比较器的原理、学会了用Multision7.0仿真电路、了解word文档中公式功能的运用等。

本次的课程设计充分的了解了三角波—方波的工作原理及其仿真效果。

虽说有些误差，可能是选择的元件值不合理，也可能是Multision7.0软件老旧。

但是在这个设计的过程中学到了如何发现问题、分析问题和解决问题的方法。

在老师的带领下完成了这次的课程设计。

在这次的学习过程中，学到的知识为以后奠定了一定的基础。

我们对课程设计的了解与体会达到一个新高。

8.参考文献

[1].童诗白、华成英.模拟电子技术基础第三版[M].高等教育出版社，2001

[2].朱定华、吴建新、饶志强.模拟电子技术[M].清华大学出版社，2005

[3].高吉祥.模拟电子技术[M].电子工业出版社，2004

[4].赵淑范，王宪伟.电子技术实验与课程设计[M].北京：

清华大学出版社，2006:

30-67