设计制作一个产生正弦波方波三角波函数转换器.docx
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设计制作一个产生正弦波方波三角波函数转换器
模拟电路课程设计报告
设计课题:
设计制作一个产生正弦波—方波—三角波函数转换器
专业班级：
电信本
学生姓名：
学 号：
46
指导教师：
设计时间：
01/05
设计制作一个产生正弦波－方波－锯齿波函数转换器
一、设计任务与要求
1、?
输出波形频率范围为0.02KHz~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、?
分别用三个发光二极管显示三种波形输出；?
?
6、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、方案设计与论证
设计要求产生三种不同的波形分别为正弦波、方波、三角波。
正弦波可以通过RC桥式正弦波振荡电路产生。
正弦波通过滞回比较器可以转换成方波，方波通过一个积分电路可以转换成三角波，只要调节三角波的占空比就可以得到锯齿波。
各个芯片的电源可用直流电源提供。
方案一
1、直流电源部分
电路图如图1所示
图1直流电源
2、波形产生部分
方案一：
LC正弦波振荡电路与RC桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相似的，只是选频网络采用LC电路。
在LC振荡电路中，当f=f0时，放大电路的放大倍数数值最大，而其余频率的信号均被衰减到零；引入正反馈后，使反馈电压作为放大电路的输入电压，以维持输出电压，从而形成正弦波振荡。
方案二
1、直流电源部分同上
2、电路图如图2所示
图2正弦波—方波—三角波函数转换电路
方案论证
LC正弦波振荡电路特别是方案一所采取的电感反馈式振荡电路中N1与N2之间耦合紧密，振幅大；当C采用可变电容时，可以获得调节范围较宽的振荡频率，最高频率可达几十兆赫兹。
由于反馈电压取自电感，对高频信号具有较大的电抗，输出电压波形中常含有高次谐波。
因此，电感反馈式振荡电路常用在对波形要求不高的设备之中，如高频加热器、接受机的本机振荡电路等。
另外由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高，所以放大电路多采用分立元件电路，必要时还应采用共基电路。
因此对于器材的选择及焊接的要求提高了。
相反，RC正弦波振荡电路的振荡频率较低，一般在1MHz以下，它是以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络，以电压串联负反馈放大电路为放大环节，具有振荡频率稳定，带负载能力强，输出电压失真小等优点，因此获得相当广泛的应用。
另外对于器材的要求也不高，都是写常见的的集成块、电容、电位器等。
在布局方面，简单，清晰！
综合对比两种方案，我选择第二种方案。
三、单元电路设计与参数计算
1、直流电源
（1）、整流电路
设变压器副边电压U2=
U2为其有效值。
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
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
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）UO
UI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、波形转换部分
（1）、RC正弦波振荡电路的参数设计
RC正弦波振荡电路图如图3所示
令R2=R’=R
图3RC正弦波振荡电路
F=Uf\Uo=
整理可得F=
令W。
=1/RC,则f。
=1/2ПRC,
根据起振条件和幅值平衡条件Au=U。
/Up=1+Rf/R1≥3，整理得：
Rf≥2R1
因为输出波形频率范围为0.02KHz－20KHz,取C=0.22Uf,故R=（0.02K-3.6K）,用5K的电位器去调，且正弦波的幅值为2V,故R1用10K的电位器，Rf用50K的电位器。
正弦波发生器仿真电路图如图4所示
图4RC正弦波振荡电路的仿真电路图
正弦波——方波转换器实验原理如图5所示
图5正弦波—方波转换器实验原理方框图
滞回比较器如图6所示，其电压传输特性如图7所示
图6滞回比较器图7电压传输特性
电路组成：
集成运放uA741,R5,R6
图6为一种电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R3起限流作用，R1和R2构成正反馈，运算放大器当Up>Uc时工作在正饱和区，而当Uc>Up时工作在负饱和区。
从电路结构可知，当输入电压Uⅰ小于某一负值电压时，输出电压U。
=-UZ；当输入电压Uⅰ大于某一电压时，uo=+UZ。
又由于“虚断”、“虚短”Up=Uc=0，由此可确定出翻转时的输入电压。
up用ui和uo表示，有
=un=0
得此时的输入电压
Uth称为阈值电压。
滞回电压比较器的直流传递特性如图7所示。
设输入电压初始值小于-Uth，此时uo=-UZ；增大ui，当ui=Uth时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。
如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小ui，当ui=-Uth时，运放则开始进入负饱和区。
由于是正弦波—方波转换电路，输出端加一个限流电阻R7=2K,根据设计要求方波幅值为2V，因此选择的稳压二极管可选用稳压为3.3V的，共两个。
正弦波——方波转换仿真电路图如图8所示
图8正弦波——方波转换仿真电路图
方波——锯齿波转换器实验原理如图9所示
图9方波——锯齿波转换器实验原理
电路组成：
（1）积分运算电路
积分运算电路如图10所示
图10积分运算电路
由于“虚地”，U-=0,故：
Uo=-Uc
由于“虚断”，i1=iC,故：
Ui=i1R=icR
得：
；τ=RC（积分时间常数）
由上式可知，利用积分电路可以实现方波——三角波的波形变换。
（2）占空比可调电路
方波—三角波转换电路的仿真图如图11所示
图11方波—三角波转换电路的仿真图
由于是方波—三角波波转换电路，因此在第二个集成块的输出端加上个限流阻R5=2K,根据设计要求三角波的峰—峰值为2V，且占空比可调。
Uo=-
Uz（t1-t0）+UO（t0）当Uo=
Uz（t2-t1）+UO（t1）
T=
取R9、R5为10K的电位器，R8为50K电位器。
解之可得：
R6=282/T=282f=0.0968K~9.68K，因此取R6=10K，积分电路中C=220nf,改变占空比的二极管可选用2个1N4007,补偿电阻R12可选取10K，以保证集成运放输入级差分放大电路的对称性。
四、总原理图及元器件清单
1、总原理图
（1）、直流电流如图12所示
图12直流电源
（2）、正弦波—方波—三角波函数转换电路如图13所示
图13正弦波—方波—三角波函数转换电路
3、元件清单
元件清单如表1所示
元件序号
型号
主要参数
数量
备注（价钱）
变压器
15V
1
9元
三端稳压器
LM7812
1
1.2元
三端稳压器
LM7912
1
1.2元
电阻
68Ω、2K、10K
15K、1K
3、1、3
1、2
0.1元
芯片
Ua741
3
1.5元
电位器
5K、50K
2、1
0.5元
电位器
10K
4
0.5元
电容
0.22uf
3
0.5元
二极管
1N4007
8
0.1元
发光二极管
5
0.3元
稳压管
3.3V
2
0.25元
大号焊接板
1
2.0元
大电容
耐压35V以上
3300uf、220uf
2、2
0.5元
小电容
0.1uf、0.33uf
2、2
0.3元
导线
1
3元
表1元件清单
5、安装与调试
1、直流稳压电源
（1）、按所设计得电路图在电路板上做好布局，准备焊接电路板。
（2）、用万用表测得输出为+11.9V和-12.1V，与理论值有一定的误差；并且测出7812、7912输入与输出的压差分别为+9.2和-9.2，并记录。
2、正弦波、方波、三角波波形转换
（1）、按照设计好的电路图正确地布局好电路，焊接电路板.
（2）、经“起振”调试后用示波器可测得各输出端的波形，并记录。
（3）、用示波器读出格数，计算峰—峰值；然后用数字毫伏表读出其有效值，并记录。
（4）、调节各个电位器，用函数发生器的输入端测出各个波形的频率范围，并记录。
6、性能测试与分析
1、直流电源部分
输出：
+11.9V，-12.1V。
稳压块电势差：
LM7812为9.2V，LM7912为9.2V。
误差分析：
LM7812端的输出：
（11.9-12）/12
100%=0.83%。
LM7912端的输出：
（12.1-12）/12
100%=0.83%。
2、波形转换部分
经“起振”调试后用示波器可测得各输出端的波形，并记录。
用示波器读出格数，计算峰—峰值；然后用数字毫伏表读出其有效值，并记录。
调节各个电位器，用函数发生器的输入端测出各个波形的频率范围，并记录。
数据记录：
（1）、正弦波（幅值可调、频率可调）
峰-峰值：
Up-p=2
2=4V有效值为：
U=4/2
=1.41V
频率调节范围为：
187.6HZ—12.67KHZ
相对误差：
（1.4144-1.41）/1.41
100%=0.31%
（2）、方波
峰-峰值：
Up-p=2.5
2V=5V有效值为：
U=5/2
=1.768V
相对误差：
|2.5-2|/2
100%=25%
（3）、三角波
峰-峰值：
Up-p=2
2V=4V有效值为：
U=4/2
=1.414V
相对误差：
|2-2|/2
100%=0
误差分析：
1、电路参数选择不合理
2、焊电路板的时候，焊点时间太长了，影响了器件的阻值
3、焊点不紧凑
4、直流电源输出的信号不是标准的±12V
5、读数时未正视
6、电位器太多了，不便于调节
七．结论与心得
实验结果：
1、若正弦波失真，可调电位器R1,若不能稳幅，则调电位器Rf。
2、调节电位器的滑动端可以改变占空比。
3、调节RC串并联网络的电位器可改变正弦波的频率。
心得：
这次的课程设计的方案很快就出来了，可是，由于电位器太多了，特别不好调试。
调了一天才终于调试出来，虽然久，但是心里还是有一点的成就感，因为从小就对电有种恐惧感。
这次的课程设计我学到了很多，不仅仅是课内的知识，比如，我们必须将所学的理论知识同客观实际相结合，才能真正的学好！
而且，团队合作在试验中有着举足轻重的重要。
8、参考文献
1、《模拟电子技术基础》第四版童诗白与华成英主编,高等教育出版社.（2006）；
2、《电子线路设计、实验、测试》（第二版）谢自美主编,华中理工大学出版社；
3、《模拟电子技术》王港元主编,机械工业出版社.（1994）
4、《电子技术基础》（模拟部分）康华光主编,高等教育出版社.（1999）。
5、《电子技术实验与课程设计》毕满清主编，机械工业出版社，2006
6、《电子线路线性部分（第四版）》谢嘉奎主编高等教育出版社，1999
7、《电子实验与课程设计》——赣南师范学院物理与电子信息学院
.
物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表
专业：
电子信息工程班级：
电信本学号：
46姓名：
课题名称
设计制作一个产生正弦波－方波－锯齿波函数转换器
设计任务与要求
①?
输出波形频率范围为0.02KHz~20kHz且连续可调；
②?
正弦波幅值为±2V，；
③?
方波幅值为2V；
④?
锯齿波峰-峰值为2V，占空比可调；
⑤?
分别用三个发光二极管显示三种波形输出；?
?
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）。
设计报告成绩
评分标准：
有合理的方案设计和论证、电路参数的计算、总原理图和清单。
（0-20分）
电路板制作、调试规范，有详细制作和调试过程。
（0-10分）
电路板测试合理，对性能指标测试数据完整，正确；进行数据处理规范，进行了误差计算和误差分析。
（0-15分）
对课程设计进行了总结，有体会，并能提出设计的改进、建设性意见。
（0-5分）
设计报告成绩：
电子
作品成绩
评分标准：
电路正确，能完成设计要求提出的基本功能。
（0-30分）
电路板焊接工艺规范，焊点均匀，布局合理。
（0-20分）
（其中直流电源部分占20%，功能部分80%）
电子作品成绩：
课程设计成绩
总成绩：
指导教师：
1月5日
升级会员 