电子课程教学设计多种波形发生器报告.docx

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电子课程教学设计多种波形发生器报告

课题名称多种波形发生器

课题代码203

院（系）

专业电气工程及其自动化

班级

学生

时间

指导教师签名：

教研室主任（系主任）签名：

一．设计目的

1、了解并掌握电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力。

2、通过查阅手册和文献资料，进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则；进一步掌握电子仪器的正确使用方法。

3、学会使用EDA软件Multisim对电子电路进行仿真设计。

4、初步掌握普通电子电路的安装、布线、调试等基本技能。

5、提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力，学会撰写课程设计总结报告；培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

二．设计内容、要求及设计方案

1、任务

设计并制作能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。

2、要求

1）输出的各种波形工作频率范围0.02Hz~20kHz连续可调；

2）正弦波幅值±l0V，失真度小于1.5％；

3）方波幅值±l0V；

4）三角波峰一峰值20V；各种输出波形幅值均连续可调；

5）设计电路所需的直流电源。

3、总体方案设计

1）设计思路

波形产生电路通常可采用多种不同电路形式和元器件获得所要求的波形信号输出。

波形产生电路的关键部分是振荡器，而设计振荡器电路的关键是选择有源器件，确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。

具体设计可参考以下思路。

①用正弦波振荡器产生正弦波输出，正弦波信号通过变换电路得方波输出（例如用施密特触发器），用积分电路将方波变换成三角波或锯齿波输出；

②利用多谐振荡器产生方波信号输出，用积分电路将方波变换成三角波输出，用折线近似法将三角波变换成正弦波输出；

③用多谐振荡器产生方波输出，方波经滤波电路可得正弦波输出，方波经积分电路可得三角波输出；

④利用单片函数发生器568038，集成振荡器E1648及集成定时器555/556等可灵活地组成各种波形产生电路。

三、设计方案

1）设计方案

此次，多种波形发生器的实验，从设计思路可以看出，主要用到了正弦波振荡器，施密特触发器，积分电路等。

基于本学期我们已经掌握的模拟电路课程的知识。

经过我们小组讨论，我们觉得我们对于正弦波振荡器，文式电桥结构，施密特触发器的概念以及积分电路都已比较清楚的了解。

因此我们采用了如下设计方案：

1.将220V的交流电经过单相桥式整流电路变换为直流电。

完成这一任务主要靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。

2.用正弦波振荡器产生正弦波输出，其中的选频网络可以调整输出波形的频率。

3.用施密特触发器使正弦波信号通过变换电路得方波输出。

4.用积分电路将方波变换成三角波输出。

从而得到能发出三种波形的波形发生器。

此方案为我们主要的设计方案。

其他方案：

如：

利用单片函数发生器568038灵活地组成各种波形产生电路。

这为我们的第二方案。

2）原理框图

多种波形发生器原理框图如图1所示。

文氏桥振荡器（RC串—并联正弦波振荡器）产生正弦波输出，其主要特点是采用RC串—并联网络作为选频和反馈网络，其振荡频率f0=l/（2πRC），改变RC的数值，可得到不同频率的正弦波信号输出。

为了使输出电压稳定，须采用稳幅措施。

用集成运放构成电压比较器，将正弦波信号变换成方波信号输出。

用运放构成积分电路，将方波信号变换成三角波或锯齿波信号输出。

图1多种波形发生器原理框图

整个电路主要是由4大部分组成，即文氏电桥振荡器，方波形成电路，三角波形成电路以及交流电变直流电源部分。

四、自己所负责的单元电路的设计

我们一组在本次实验中，分工明确。

主要把实验分为四块协作完成分别为：

1.桥式整流电路部分，将交流电转换为直流电2.正弦波振荡电路产生正弦波3.用施密特触发器输出方波4.用积分电路输出三角波。

我主要负责设计文氏电桥振荡器电路用来产生正弦波。

通过上网查阅资料，我了解到了RC正弦波振荡电路有两部分组成，其中一部分为放大电路，另一部分为选频网络以达到输出的各种波形工作频率范围0.02Hz~20kHz连续可调的目的。

其原理图如下所示：

图中，左边框中的内容为选频网络，右边框中的内容为放大电路。

文氏桥正弦波发生器是由集成运放和文氏桥反馈电路组成的。

图中，C1,R3和C2,R4是文氏桥的两臂，构成正反馈电路；电阻R1和R2构成负反馈电路；振荡条件由两个反馈电路的参数决定。

文氏桥正弦波发生器用来产生低频正弦信号。

为便于起振，要适当削弱负反馈，即R1比理论值略大些或R2比理论值略小些。

根据如上原理图，我设计了文氏电桥振荡器电路，并使用Multisim对该单元电路功能进行仿真测试。

最上方为选频网络，

考虑到输出正弦波的稳定，我在文氏电桥振荡器电路中增加了稳压的部分，以达到输出正弦波稳定的作用。

其稳压的工作原理如下：

1）当6端即输出端的输出电压增大时，由于二极管的单向导电性和导电后钳位的特点，输出端电压增加便会导致2端即反相输入端的电压的增加，使V3-V2的值减小，从而使输出适当的变小，以达到稳压的目的。

2）同理，当6端即输出端的输出电压减小时，由于二极管的单向导电性和导电后钳位的特点，输出端电压减小便会导致2端即反相输入端的电压的减小，使V3-V2的值增加，从而使输出适当的增加，以达到稳压的目的。

此文氏电桥振荡器电路输出的正弦波形如下：

如图所示,正弦波幅值在误差允许的范围内，失真度小于1.5％

五．设计过程中所遇到的各种问题

在设计中，我遇到的问题有：

1）在如上图所示的文氏电桥振荡器电路中，频率不能达到连续可调。

根据式：

。

于是我想到用可变电阻代替原来的定值电阻，通过改变电阻的阻值，使频率能在一定范围内连续可变。

2）由于起初的输出不稳定，我想到了使用二极管单向导电和钳位的特性，从而达到了稳定输出的目的。

六．使用Multisim对总体电路功能进行仿真测试

首先对各部分电路进行分析

1）将220V的交流电经过单相桥式整流电路变换为直流电部分

单相桥式整流电路原理图如下：

其利用了二极管的单向导电性将交流电变为直流电，并经过电容的滤波，使其变得平稳。

Multisim仿真图：

将220v交流电转为直流电源：

2）用施密特触发器使正弦波信号通过变换电路得方波输出部分

如图，为使用555电路设计的施密特触发器用来输出方波。

Multisim仿真图：

输出的方波波形：

3）使用积分电路将方波转换为三角波部分。

其原理图如下：

Multisim仿真图：

输出三角波波形：

最终将各部分电路组合成多种波形发生器

如图,为我们设计的多种波形发生器，能产生三种波形：

正弦波，方波和三角波。

其中由两个单相桥式整流电路为电路提供直流电源。

下部分别为文氏电桥振荡器电路，施密特触发器电路和积分电路。

分别输出正弦波，方波和三角波。

如图，两个示波器显示如下：

输出方波和正弦波：

输出三角波：

七.其他方案

方案二：

利用单片函数发生器568038灵活地组成各种波形产生电路

其原理简述：

如图中所示，电压比较器C1、C2的门限电压分别为2VR/3和VR/3（其中VR=VCC+VEE），电流源I1和I2的大小可通过外接电阻调节，且I2必须大于I1。

当触发器的Q端输出为低电平时，它控制开关S使电流源I2断开。

而电流源I1则向外接电容C充电，使电容两端电压vC随时间线性上升，当vC上升到vC=2VR/3时，比较器C1输出发生跳变，使触发器输出Q端由低电平变为高电平，控制开关S使电流源I2接通。

由于I2>I1，因此电容C放电，vC随时间线性下降。

当vC下降到vC≤VR/3时，比较器C2输出发生跳变，使触发器输出端Q又由高电平变为低电平，I2再次断开，I1再次向C充电，vC又随时间线性上升。

如此周而复始，产生振荡。

若I2=2I1，vC上升时间与下降时间相等，就产生三角波输出到脚3。

而触发器输出的方波，经缓冲器输出到脚9。

三角波经正弦波变换器变成正弦波后由脚2输出。

当I1

因此，8038能输出方波、三角波、正弦波和锯齿波等四种不同的波形。

八．心得体会

通过对多种波形发生器的设计，我把理论联系到实际，把这个学期所学的模拟电路的知识和数字电路的知识真正在实践中联系起来。

而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。

最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。

也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。

他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。

在整个设计过程中，我感觉调试部分是最难的，因为理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。

而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，因此我在这方面也花了很多的时间进行经验的积累