设计制作一个产生正弦波方波三角波函数转换器文档格式.docx
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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
设计要求为实现正弦波-方波-锯齿波之间的转换。
正弦波可以通过RC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，三角波的占空比只要求可调即可。
各个芯片的电源可用?
12V直流电源提供，并备用了两套方案设计。
方案一:
方案一电路方框图如图1所示。
LC正弦波振荡滞回比较器积分电路
电路
图1方案一方框图
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=f时，放大电路的放大倍数0
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:
方案二电路方框图如图2所示。
RC正弦波振荡积分电路滞回比较器电路
图2方案二方框图
方案二仿真电路如图3所示。
图3方案二仿真电路图
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，并且器材总价格也增加了。
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，只需集成块、电容、电位器等组成即可。
在焊接方面，直接、美观、大方～在器材总价格方面，相比第一种方案更为实惠。
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
（一）单元电路设计
1.正弦波发生器实验原理
（1）RC串并联选频网络。
R2,，U,RC1，jf222，F,,,，11U,，,12R，，1,,CRCj1，j1221,RC112,（1，，），j（,）RC12RC,RC21211，F,11,,f,00,,取R1=R2=R，C1=C2=C，令则:
03，j（,）2,RCRC,,0得RC串并联电路的幅频特性为:
1，F,1,,22，0相频特性为:
F,3，（,）3,,0
,0,1,,0当,,,,时，,,arctg,最大，,F=0。
0FRC3
（2）振荡频率与起振条件
11）振荡频率f,02,RC
2）起振条件
，，1AF,1，当f=f0时，由振荡条件知:
F,3
，A,3所以起振条件为:
RFA,1，fu同相比例运放的电压放大倍数为:
R即要求:
R,2RF
3）稳幅环节:
反馈电阻的热敏R采用负温度系数电阻，R1采用正温系数的热F敏电阻，均可实现自动稳幅。
或者在R回路中串联二个并联的二极管也可以自动稳F幅。
正弦波发生器仿真电路图4所示。
图4正弦波发生器仿真电路图2.正弦波—方波转换器实验原理
正弦波—方波转换器方框图如图5所示。
方波滞回比较器正弦波发生电路
图5正弦波—方波转换器方框图
（1）电路组成:
1）滞回比较器:
集成运方、R11、R8.
图6为一种电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R起限流作用，R和32
R构成正反馈，运算放大器当u>
u时工作在正饱和区，而当u>
u时工作在负饱和区。
1pnnp从电路结构可知，当输入电压u小于某一负值电压时，输出电压u=-U;
当输入电压ioZu大于某一电压时，u=+U。
又由于“虚断”、“虚短”u=u=0，由此可确定出翻转时ioZpn的输入电压。
u用u和u表示，有pio
11u，uioRu，RuRR2i1o12u,,=u=0np11R，R12，RR12
得此时的输入电压
RR11u,,u,mU,mUioZthRR22U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th
于-U，此时u=-U;
增大u，当u=U时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。
如果thoZiith
初始时刻运放工作在正饱和区，减小u，当u=-U时，运放则开始进入负饱和区。
iith
uo
uUnZ-uRo3+up+uinuRRin12-UU0thth
UZ-UZ
图6电压比较器电路图7滞回电压比较器的直流传递特性
（2）正弦波—方波转换仿真电路图正弦波—方波转换仿真电路如图8所示。
图8正弦波—方波转换仿真电路图
3.方波—三角波转换器实验原理
方波—三角波转换器方框图如图9所示。
方波发生电路积分电路三角波
图9方波—三角波转换器方框图
（1）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”，i=i,故:
1C
Ui=iR=iR1c
11u,,u,,idt,,udtOCCI,,CRC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）正、反向积分时间常数可调电路
正、反向积分时间常数可调电路如图11所示。
图11正、反向积分时间常数可调电路
4.直流电源电路原理
直流电源电路方框图如图12所示。
稳压电路滤波电路电源变压器整流电路
图12直流电源电路方框图
（1）整流电路:
将交流变直流的过程。
设变压器副边电压U2=,U为其有效值。
2Usinwt22
则:
输出电压的平均值
1U,2Usinwtd（wt）,0.9UO（AV）22,0,
输出电流的平均值
I=0.9U/RO（AV）2L
脉动系数
UO1MS==2/3=0.67UO（AV）
二极管的选择
2U2最大镇流电流I>
1.1F,RL
2U最高反向工作电压U>
1.1RM2
（2）滤波电路:
将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。
按照三角形相似关系可得:
U=U（1-T/4RC）2O（AV）2L
当RC=（3~5）T/2时，U=1.2ULO（AV）2
T脉动系数为S=4RC,TL
（3）稳压电路:
把电压幅值稳定的电路。
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U的选择:
I
根据经验，一般选取U=（2~3）UIO
U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:
U=U;
ZO
I-I>
I-I;
ZmaxZminLmaxLmin
稳压管最大稳定电流I>
=I+IZMLmaxLmin
限流电阻R的选择:
3）
通过查手册可知:
I<
=I<
=I;
ZMINDZZMAX
R计算可知:
=（U-U）/（I+I）IminZZLmaxmax
R=（U-U）/（I+I）minImaxZZMLmin
本实验采用集成稳压器电路，其包括调整管、保护电路、比较放大电路、基准电压电路、采样电路、电流源电路。
4）直流电源电路仿真电路图如图13所示。
图13直流电源电路仿真电路图
（二）参数计算
1.直流电源的参数设计
提供的是220V的交流电源要变为正负12V直流电，变压器用220V~15V规格的，
2U2由于整流电路中用的二极管最大镇流电流I>
1.1，最高反向工作电压F,RL
U>
=1.12U,因此选用二极管型号为1N4007即可。
滤波电路中RC=（3~5）T/2时滤RML2
波效果好，因此大电容可选用耐压值为35V，3300uf的电容两个。
稳压管稳压电路中选的三端稳压器为:
LM7812、LM7912，这样可以稳定输出电压为正负12V。
另外加上一些滤波电容，即:
C=C=220uf,C=C=220nf,C=C=100nf.为了显示输出345678
电压“与否”，两边可分别用二极管串联一个1K的电阻来显示。
2.RC正弦波振荡电路的参数设计
根据设计要求输出波形频率范围为0.2KHz~20kHz且连续可调，正弦波幅值为?
2V，f0=1/（2ПRC），由于器材的原因，取C=220nf,则R=1/2Пf0C,解之可得，R的取值范围0.0369K~3.69K，因此RC选频网络用两个5K电位器和两个220nf的电容组成串并联网络。
对于电压幅值2V，可以通过R10K的电位器和R10K的电阻调31
节而得到。
3.方波电路的参数设计
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。
3.三角波电路的参数设计
由于是方波—三角波转换电路，因此在第二个集成块的输出端加上个限流阻R5=2K,根据设计要求锯齿波的峰—峰值为2V，且占空比可调。
11Uo=-Uz（t1-t0）+U（t0）当Uo=Uz（t2-t1）+U（t1）OO（R8，R9）CR8C
2R5（2R8，R9）CT=,取R9、R5为10K的电位器，R8为50K电位器。
解之可得:
R6
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
直流电源原理图如图14所示。
图14直流电源原理图
波形转换原理图如图15所示
图15波形转换原理图
2.元件清单
元件序号型号主要参数数量备注（价钱）
15V1变压器9元LM78121三端稳压器1.2元LM79121三端稳压器1.2元
电阻68Ω、2K、10K3、1、30.1元
15K、1K1、2
Ua7413芯片1.5元
电位器5K、50K2、10.5元
10K4电位器0.5元
0.22uf3电容0.5元1N400710二极管0.1元
5发光二极管0.3元
3.3V2稳压管0.25元
1大号焊接板2.0元大电容耐压35V以上3300uf、220uf2、20.5元
小电容0.1uf、0.33uf2、20.3元
1导线3元五、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
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