电子产品设计课程设计方波 三角波波形发生器Word格式.docx

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设计并制作用分立元件和集成运放放大器组成的能产生方波和三角波的波形发生器。

要求、指标：

题目1、方波-三角波波形发生器：

设计功能要求：

1．输出方波-三角波，频率范围：

1Hz~10KHz；

2．输出频率范围分档设置，5档设置；

3．输出频率精度：

1%；

4．显示输出波形的频率

二、设计目的

1．掌握电子系统的一般设计方法

2．掌握模拟IC器件的应用

3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力

4．掌握常用元器件的识别和测试

5．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法

6．培养学生综合电子电路知识，解决电子技术方面常见实际问题的能力，促使学生积累际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、训练技能、追求创新、走向实用。

7．在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。

三、原理电路设计

（1）方案比较与确定

1、方案一

由集成运放构成的方波发生器和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。

图1所示为由滞回比较器及简单RC积分电路组成的方波——三角波发生器。

它的特点是线路简单，但三角波的线性度差。

主要用于产生方波，或对三角波要求不高的场合。

式中R1=R1′+R″R2=R2′+R″

方波的输出幅值U=±

U

三角波的幅值

图1

调节电位器器R（即改变R2／R1），可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随之变化．如要互不影响，则可通过改变R（C）来实现振荡频率的调节。

2、方案二

如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，则比较器输出的方波经积分器积分，可到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。

由于采用运放组成的积分电路，因此可实现恒流充电，便三角波线性大大改善。

故此，选方案二，因为方案二得到的波形较好而且电路较简单。

（2）整体电路框图的确定

按照方案二可以得到以下的电路框架

（3）单元电路设计及元件选择

如附录的电路图，第一，第二个运算器分别构成方波和三角波电路。

图中运算放大器U1，与电阻R2,RP1构成同相输入施密特触发器（也就是迟滞比较器）。

运算放大器U2与RP3、C1、C2构成积分电路。

这两个电路形成闭合回路。

由于电容C1、C2的密勒效应，在U2的输出得到线性度较好的三角波

输出方波幅值为；

其中为稳压管的稳定电压，故输出方波的峰峰值为，这样按照要求，稳压管可以选用稳压值大于10V的管，本电路选用型号为1N4744A的稳压管，它的稳压值是。

而三角波的幅值为，为了使输出三角波的幅值可调，这里取，则。

原理框图：

由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的为方波，再经积分器得到三角波。

四、各组成部分的工作原理

1、方波产生电路的工作原理

电路组成如右图：

它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。

RC回路既作为延时环节，又作为反馈网络，通过RC充放电实现输出状态的自动转换。

设某一时刻输出电压uo=+Uz，则同相输入端电位up=+UT。

Uo通过R3对电容C正向充电。

反相输入端电位uN随时间t增长而逐渐升高，当t趋近于无穷时，uN趋于+Uz；

但是，一旦uN=+UT，再稍增大，uo就从+Uz跃变为-Uz，与此同时up从+UT跃变为-UT。

随后，uo又通过R3对电容C反向充电。

反相输入端电位uN随时间增长而逐渐降低，当t趋近于无穷时，uN趋于-Uz；

但是，一旦uN=-UT，再稍减少，uo就从-Uz跃变为+Uz，与此同时up从-UT跃变为+UT，电容又开始正向充电。

上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

2、方波——三角波产生电路工作原理

电路组成：

如图，当方波发生电路的输出电压u01=+Uz时，积分运算电路的输出电压uo将线性下降；

而当uo1=-Uz时，uo将线性上升。

由于存在RC电路和积分电路两个延迟环节，在实际电路中，将它们“合二为一”，即去掉方波发生电路中的RC回路，使积分运算电路即作为延迟环节，又作为方波变三角波电路，滞回比较器和积分运算电路的输出互为另一个电路的输入。

其中A1、A2构成方波、三角波产生电路。

运算放大器A1，与电阻R2、R3构成同相输入施密特触发器（即滞回比较器）。

运算放大器A2与R5、C构成积分电路。

二者形成闭合回路。

由于电容C的米勒效应，在A2的输出得到线性度较好的三角波。

理论计算公式：

振荡周期：

输出方波幅度：

Uz为稳压二极管的稳定电压

输出三角波幅度：

振荡频率：

五、电路的参数选择及计算

由于输出频率不高，所以集成运放选用通用型的UA741C；

根据公式

取R2＝R3，可使输出方波幅度等于输出三角波幅度，我们使R2=R3=10kΩ，这样易于实现；

考虑到电路的简洁性以及可靠性，所以在这里不使用电位器。

因为输出方波-三角波要求频率范围：

1Hz~10KHz，频率跨度大。

所以采用同时变换和的方法来达到要求。

当=25kΩ,=10uF时，

同理，当=25kΩ,=1.0uF时，f=10Hz；

当=25kΩ,=100nF时，f=100Hz；

当=25kΩ,=10nF时，或当=2.5kΩ,=100nF时，f=1000Hz；

当=2.5kΩ,=10nF时，f=10KHz；

由于找不到25kΩ和2.5kΩ的电阻，所以只能取相近的24kΩ和2.4kΩ；

R4是稳压管的限流电阻，其值的大小是由所选用的稳压管参数决定。

因为稳压管为12Ｖ0.5W,所以取R4=1kΩ

六、电路仿真、制作与调试

电路原理图仿真如上图所示：

这里使用EWB10（即MULTISIMv10）进行仿真。

仿真波形如下：

输出信号为1Hz时，方波和三角波的波形如下：

输出信号为10Hz时，方波和三角波的波形如下：

输出信号为100Hz时，方波和三角波的波形如下：

当=24kΩ,=10nF时,输出信号为1000Hz时，方波和三角波的波形如下：

当=2.4kΩ,=100nF时,输出信号为1000Hz时，方波和三角波的波形如下：

输出信号为10KHz时，方波和三角波的波形如下：

5、元器件清单

固定电阻：

10K（5个）24K（1个）2.4K（1个）1K（一个）

电解电容：

10uF（一个）1uF（一个）100nF（一个）10nF（一个）

稳压管：

1N4744A（两个）

运放芯片：

LM741（两片）

双刀开关（一个）四刀开关（一个）

七、实验总结与体会

1、作品的优点和缺点

自己觉得本作品的优点有四个：

①输出波形的频率可以在一定的范围内调节。

②输出三角波的幅值可以在一定的范围内调节。

③限流电阻可采用了变阻器，故能够调节一定程度的波形失真程度。

另外，本电路存在一定的缺点，方波的输出波形的顶部出现小小倾斜（即失真）。

2、改进方案

针对本电路的不足，自己觉得改善电路的方法是选用适当阻值的限流电阻，性能和稳压值更相似的稳压管，另外，还可以换用更好的运算器芯片，如高速型片LF353。

3、心得体会

首先学习电路的基本设计方法，使我对抽象的理论有了具体的认识。

加深对课堂知识的理解和应用。

完成指定的设计任务，理论联系实际，实现书本知识到工程实践的过渡；

学会设计报告的撰写方法。

其次，通过这次课程设计，我对仿真软件有了一定的认识，懂得焊接电路，更懂得如何使用万用表我掌握了常用元件的识别和测试，熟悉了常用的仪器仪表的使用，初步了解了电路的连接和布局的方法和注意事项；

以及如何选择元件参数以提高电路的性能等等。

特别是在元器件选用上，通过计算算出来的电容电阻，在市面上未必能买得到，买不到我们只能通过再修改参数或选用临近值的元器件，并且对元器件的行情也有了一定的了解。

。

另外，如果买不到所要求的电阻，那就可以选购适当的变阻器来替代。

反正一句话，方法不是唯一的，有很多东西是可以相互替换和相互补救的。