方波三角波波形发生器设计.docx
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方波三角波波形发生器设计
电子技术课程设计
题目方波、三角波信号发生器
学院名称电气工程学院
指导教师
职称
班级自动化071班
学号
学生姓名
2009年01月14日
摘要---------------------------------------------------------------------------2
关键词------------------------------------------------------------------------2
一、设计任务与要求------------------------------------------------------2
1.1设计任务------------------------------------------------------------------------------2
1.2设计要求-----------------------------------------------------------------------------2
二、方案设计与论证------------------------------------------------------3
2.1方案一--------------------------------------------------------------------------------3
2.2方案二--------------------------------------------------------------------------------3
2.3两种方案比较------------------------------------------------------------------------4
三、单元电路设计与参数计算------------------------------------------4
3.1方波产生电路-----------------------------------------------------------------------4
3.2三角波发生电路--------------------------------------------------------------------5
3.3参数计算------------------------------------------------------------------------------5
四、仿真过程仿真结果----------------------------------------------------5
4.1仿真调试输出波形-------------------------------------------------------------------5
4.2调试输出波形------------------------------------------------------------------------6
4.3数据记录------------------------------------------------------------------------------6
五、总原理图及元件清单------------------------------------------------7
5.1电路设计原理------------------------------------------------------------------------7
5.2总原理图------------------------------------------------------------------------------7
5.3PCB图-------------------------------------------------------------------------------7
5.4元件清单------------------------------------------------------------------------------8
六、电路调试与分析------------------------------------------------------8
6.1电路的装调--------------------------------------------------8
6.2调试结论------------------------------------------------------------------------------8
6.3误差分析------------------------------------------------------------------------------9
七、设计心得---------------------------------------------------------------9
八、参考文献---------------------------------------------------------------9
方波-三角波发生电路
摘要：
本设计介绍了波形发生器的制作和设计过程,并根据输出波形特性研究该电路的可行性。
在此基础上设计了一种能产生方波----三角波的模块电路,包括了原理图和PCB图。
该电路有主要由积分器、比较器、LM741集成运算放大器，通过用双踪示波器来确定各种波形的幅值及可调频率的上限和下限。
重点阐述了发生器的电路结构及工作原理，分析了单元电路的制作和工作过程并进行了调试，调试结果表明设计的电路是可行的。
关键词：
方波、三角波、积分器、比较器
一、设计任务与要求
1.1设计任务：
设计制造能产生方波、三角波的波形发生器
1.2设计要求：
1、频率在200Hz-2kHz且连续可调
2、方波幅值为15V
3、三角波幅值为20V
4、各种波形幅值均连续可调
5、组装和调试设计的电路，使电路产生振荡输出。
频率稳定度较高。
当输出波形稳定且不失真时，测量输出频率的上限和下限。
检验该电路是否满足设计指标，若不满足，改变电路参数值
二、方案设计与论证
2.1方案一
方波、三角波发生器由电压比
较器和基本积分器组成，如图1所
示。
运算放大器A1与R1、R2、R3
及Rw1、Dz1、Dz2组成电压比较器；
运算放大器A2与R4、Rw2、R5、C1
及C2组成反相积分器，比较器与
积分器首尾相连，形成闭环电路，
构成能自动产生方波、三角波的发
生器（请参考基础型实验中的方波、
三角波发生电路）。
图1方波、三角波发生器电路图
电路参数：
1．方波的幅度：
Uo1m=Uz
（1）
2．三角波的幅度：
（2）
3．方波、三角波的频率：
（3）
其中C可选择C1或C2。
从式
（2）和（3）可以看出，调节电位器Rw1可改变三角波的幅度，但会影响方波、三角波的频率；调节电位器Rw2可改变方波、三角波的频率，但不会影响方波、三角波的幅度。
2.2方案二
由于积分器可将方波变为三角波，而比较器的输入又正好为三角波，因此可定性判断出，电路的输出电压A为方波，B为三角波。
图2方波、三角波发生器电路图
2.3两种方案比较
产生方波、三角波的方案有多种，本次实验选择方案二主要采用由电压比较器和积分器同时产生方波和三角波。
其中电压比较器产生方波，对其输出波形进行一次积分产生三角波。
该电路的优点是十分明显的：
1、线性良好、稳定性好；
2、频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；
3、三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。
三、单元电路设计与参数计算
3.1方波产生电路
因为方波电压只有两种状态，不是高电平、就是低电平。
所以电压比较器是它的重要组成部分。
它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。
RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现使输出状态自动地相互转换。
图3方波发生电路图图4 三角波发生电路
3.2三角波发生电路
三角波电路波形可以通过积分电路实现，把方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到了三角波。
3.3参数计算
方波
周期、频率计算：
T=2RCln（1+2R1/R2）f=1/T
副值：
Ut=R1/（R1+R2）*Uz
三角波
副值：
Ut=Uz*R1/R2
周期、频率计算：
T=4*R1*R4*C/R2f=R2/（4*R1*R4*C）
四、仿真过程仿真结果
4.1仿真调试输出波形
图5仿真输出波形
4.2调试输出波形
0
图6方波V01图7三角波VO2
4.3数据记录
表一实验数据记录
测量
项目
频率
方波
幅值
三角波幅值
£min
£max
指标值
200HZ
2KHZ
15V
20V
实际测量值
192.3HZ
2.193KHZ
13.6V
20V
由于所有信号产生的频率都与方波和三角波产生模块所设置的频率一致，故所有产生的波信的频率都可以有所保证。
五、总原理图及元件清单
5.1电路设计原理
图8方波-三角波发生电路组成框
5.2总原理图
图9电路原理图
注：
需将一个电位器代替电阻R1
5.3PCB图
图10PCB图
5.4元件清单
表二元件清单表
元件序号
型号
主要参数
数量
R1R2R3R4
电阻
100k
4
R5
电阻
220
1
RP
电位器
100k
1
C1
电容
4.7nF
1
VD1VD2
稳压二极管
15v
2
IC1IC2
集成运放LM741
2
六、电路调试与分析
6.1电路的装调
由于电压比较器与积分器组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，故这两个单元电路可以同时安装。
需要注意的是，安装电位器之前要将其调整到设计值，否则电路可能会不起振。
如果电路接线正确，则在接通电源后，比较器的输出VO1为方波，积分器的输出VO2为三角波，微调前级电位器，使方波的输出幅度满足设计指标要求，调节后一级的电位器，则输出频率可调。
元器件的选择是高性能放大的保证，在实际连线与焊接过程中，运放的参数必须尽可能相同，因此选用了带4集成运算放大器的LM741。
同时为了提高共模抑制比和精确增益调控，运放输入端电阻必须精确匹配。
按设计图安装好电路，稳压电源输出的+15V电压接到集成运放741的7脚，15V接到集成运放741的4脚，示波器的Ch1接Uo1，Ch2接Uo2，调整各电位器，使方波、三角波的输出幅度满足设计指标要求。
6.2调试结论：
从数据纪录中可以看出存在误差
频率最小值误差:
200HZ-192.3HZ=7.7HZ；
最大值误差：
2.193K－2K=0.193K
方波幅值误差：
15V－13.6V=1.4V
三角波幅值误差：
20V－20V=0V
6.3误差分析
在EWB仿真试验与实际中有差别。
根据前面所提方案的要求，调试过程主要集中在模拟电子电路部分。
放大电路产生误差的原因很多，一般有：
运放的输入偏置电流、失调电压和失调电流及其温漂；电阻器的实际阻值与标称值的误差，且温度变化；另外，电源和信号源的内阻及电压变化、干扰和噪声都会造成误差。
七、设计心得
通过这次对波形发生器的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于波形发生器的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真，仿真成功之后才实际接线的。
但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，在实际接线中有着各种各样的条件制约着。
而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为元器件本身的特性而能够成功。
所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。
在这次实习过程中，让我了解要多思考、多比较和多尝试把所学的书本知识应用于实际，培养自己的动手能力。
所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
六、参考文献
[1]《电子技术实验教程-模拟电路实践》 计算机学院电子技术实验室编
[2]《模拟电子技术基础（第三版）》 高等教育出版社出版
[3]《电子实验与实践》高等教育出版社
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