三角波正弦波转换电路.docx
《三角波正弦波转换电路.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三角波正弦波转换电路.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
三角波正弦波转换电路
目录
1.设计要求2
2.设计方案与论证2
3.设计原理4
3.1硬件分析4
3.1.1总体电路图4
3.1.2三角波产生电路4
3.1.3门限电压的估算5
3.1.4矩形波产生电路6
3.1.5工作原理6
3.1.6三角波整流电路7
3.1.7调幅电路8
3.1.8偏置电路10
3.2multisim软件简介11
4.元器件清单12
5.元器件识别与检测13
6.硬件制作与调试13
7.设计心得14
8.参考文献14
1.设计要求
在研制、生产、使用、测试和维修各种电子元器件、部件以及整机设备时，都需要有信号源，由它产生不同频率、不同波形的电压、电流信号并加到被测器件、设备上，用其他测量仪器观察、测量被测者的输出响应，以分析和确定它们的性能参数。
而波形发生器是它们中一种更为常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。
本次课程设计应用所学电路设计构成可产生三角波形，并在此基础上应用二极管整流网络对所产生的三角波整流为正弦波，再对正弦波进行进一步的处理。
使用模拟或者数字的方法设计一个频率可调的三角波发生器，并利用二极管网络将三角波整成正弦波。
对正弦波作进一步处理：
1）使正弦波峰峰值可变
2）使正弦波可叠加直流偏置
3）频率调节范围50Hz～100KHz
分析原理，设计电路，正确选择参数，在实现电路仿真的基础上搭建和调试硬件电路。
2.设计方案与论证
本次课程设计应用多谐振荡电路产生方波，再应用积分电路对所产生的方波进行一次积分产生三角波，用二极管整形网络对三角波进行整流使之产生不失真的正弦波。
对正弦波进一步处理：
用反相放大器对产生的波形进行放大，后跟反相加法器对正弦波进行直流偏置。
用multisim软件对电路仿真。
总体框图如下：
图1总体方案流程图
3.设计原理
3.1硬件分析
3.1.1总体电路图
图2完整电路图
3.1.2三角波产生电路
利用集成运放构成的比较器和电容的充放电，可以实现集成运放的周期性翻转，进而在输出端产生一个方波。
给电容的充电是恒压充电，随着电容电压的升高，其充电电流越来越小，电容电压上升也越来越缓慢。
理论分析可知，电容上电压的变化，是一个负指数曲线。
因此，这个电路只能实现方波发生。
但是，我们注意到，这个负指数曲线在工作过程中是不停地正向充电、反向放电，已经和三角波有些类似。
如果能够使得电容上充电电流固定，则其电压的上升或者下降将是线性的，就可以在电容端获得一个三角波。
由图3见，电路包括同相输入迟滞比较器和充放电时间常数相等的积分器两部分，共同组成三角波电压产生器电路
图3三角波产生电路
3.1.3门限电压的估算
由图3有
（2.1.1）
考虑到电路翻转时，有
即得
（2.1.2）
由于
，由式（2.1.2），可分别求出上、下门限电压和门限宽度为
（2.1.3）
（2.1.4）
和
（2.1.5）
3.1.4矩形波产生电路
图4矩形波电路
3.1.5工作原理
设t=0时接通电源，有
，则
经
向C充电，使输出电压按线
性规律增长。
当
上升到门限电压
使
时，比较器输出
由
上跳到
，同时门限电压下跳到
值。
当
下降到门限电压
使
时，比较器输出
又由
下跳到
。
如此周而复始，产生振荡。
由于电容C的正向与向充电时间常数相等，输出波形为三角波。
其振荡周期为：
（2.1.6）
产生三角波如图5：
图5产生三角波图
3.1.6三角波整流电路
三角波转换成正弦波的原理图如图4所示。
正弦波可看成是是由许多斜率不同的直线段组成的，只要直线段足够多，由折线构成的波形就可以相当好的近似正弦波形，斜率不同的直线段可由三角波经电阻分压得到（各段相应的分压系数不同）。
因此只要将三角波Ui通过一个分压网络，根据Ui的大小改变分压网络的分压系数，便可得到近似的正弦波输出，二极管整形网络可实现着这种功能。
通过正负电源E对主干电阻的电位进行分配。
只要电路参数选择合理、对称，就可得到非线性不失真的正弦波。
（其中主干电路的电阻都为100Ω，分支电阻阻值为1.0kΩ。
主干电路电阻远小于支路电阻）
二极管整流网络图6：
图6二极管整流网络电路
整流后波形图7：
图7
3.1.7调幅电路
调幅电路由电压跟随器和反相放大器两部分组成。
其中电压跟随器作为阻抗变换器，反相放大器含有T形网络，以用低电阻网络得到高增益的放大电路。
利用虚地Vn=0和虚断in=ip=0的概念，列出节点n和M的电流方程为：
，即
（2.3.1）
及
，即
（2.3.2）
解上述方程组得:
（2.3.3）
（2.3.4）
因此闭环增益为：
（2.3.5）
由上述分析设计出如下放大器（图8）：
图8调幅电路
此放大器的增益变化范围：
=15.83~20.62
调幅后的波形图9：
图9不同增益下的波形
3.1.8偏置电路
对放大后的正弦波进行直流偏置，实质是在其与一直流信号进行叠加，故可用反相加法器实现。
用电阻对直流源进行分压，通过对变阻器的调节可以改变其输出电压，其直流偏置可实现5V~-5V的变化。
偏置电路图10：
图10直流偏置电路
偏置后的波形图11：
图11不同直流偏置下的波形
整个电路实现了产生200赫兹的三角波，再由二极管整流网络实现三角波到正弦波的转换。
同时应用反相放大器对所产生的正弦波进行放大（放大增益：
=15.83~20.62），用直流偏置电路实现对正弦波的直流偏置（直流偏置5V~-5V）
3.2multisim软件简介
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。
通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
4.元器件清单
表1电路元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
1.电阻（千欧姆）
0.1
11
1
9
3.9
1
6.8
1
10
2
20
2
30
1
39
2
390
3
5100
1
2.电容（nf）
100
1
3.二极管
1N3208
9
4.稳压二极管
1N5229B
2
5.集成运放
LM324N
1
TL072CP
1
5.元器件识别与检测
通过本次课设我学习了
（1）如何从电阻的色环识别电阻的大小，色环电阻的色彩标识有两种方式，一种是采用四色环的标注方式，另一种是如何看出五环电阻的第一道环，每种颜色代表不同的数字，如下:
棕1红2橙3黄4绿5蓝6紫7灰8白9黑0，金银表示误差。
一二环的颜色对应带进去，第三环是10的次方（橙色就是10的三次方等于1000）。
色环电阻是应用于各种电子设备的最多的电阻类型，无论是怎样安装，维修者都能方便的读出其阻值，便于检测和更换。
但在实践中发现，有些色环电阻的排列顺序不甚分明，往往容易读错，在识别时，可运用如下技巧加以判断：
技巧1：
先找标志误差的色环，从而排定色环顺序。
最常用的表示电阻误差的颜色是：
金，银，棕，尤其是金环和银环，一般绝少用作电阻色环的第一环，所以在电阻上只要有金环和银环，就可以基本认定这是色环电阻的最末一环。
技巧2;棕色环是否是误差标志的判别。
棕色环既常用作误差环，又常用作有效数字环，且常常在第一环和最末一环中同时出现，使人很难识别谁是第一环。
在实践中，可以按照色环之间的间隔加以判别：
比如对于一个五道色环的电阻而言，第五环和第四环比第一环和第二环之间要宽一些，据此可判定色环的排列顺序。
除此之外，还可用万用表测出电阻大小，比如将万用表打到电阻挡，红黑两表笔各放到电阻两端可以测出电阻大小。
另外其他元器件可通过老师和上网等其他途径识别。
（2）二极管识别问题。
本次设计中会用到普通二极管和稳压二极管，二者都有单向导电性，但二者也有主要区别，普通二极管一般在正向电压下工作，稳压管则在反向击穿状态下工作，而这用法不同。
本次试验中只用到一个电容，所以很容易区分，另外，试验中用到两个集成运放，可根据事先设计好的电路图和元器件上面标有的器件类型对应选择。
6.硬件制作与调试
在焊接过程中，会遇到好多需要解决的问题，比如：
（1）电阻识别问题。
当遇到此类问题时，我们可以通过查阅资料，上网等学会色环识别法或请教老师和同学等，同时还可以利用万用表，将万用表打到电阻挡，将红黑表笔分别接到电阻两侧，便可以从中得知电阻的阻值。
（2）二极管识别问题。
本次设计中会用到普通二极管和稳压二极管，二者都有单向导电性，但二者也有主要区别，普通二极管一般在正向电压下工作，稳压管则在反向击穿状态下工作，而这用法不同。
本次试验中只用到一个电容，所以很容易区分，另外，试验中用到两个集成运放，可根据事先设计好的电路图和元器件上面标有的器件类型对应选择。
（3）波形调试问题。
调试波形时示波器可能显示不出波形，这是可以检查电路有没有连错，如果电路连接没有问题，接下来可以调试示波器的显示波形宽度及高度等参数。
（4）安全问题。
实验过程中要注意用电安全，不要疏忽，不要被烙铁伤到。
（5）最后，应注意器件焊接时器件极性选择，导线连接，特别注意虚焊，漏焊等问题。
7.设计心得
本次课程设计的内容为波形的发生与转换，综合运用了之前学过的电子电路与电子测量的知识，并结合MULTISIM软件的调试仿真,最后通过硬件的测试，完成本次课程设计的基本任务。
在课程设计中，我们三人分工明确，每个人负责完成各个分支电路的设计，每个人在设计过程中都遇到了不同程度的问题，然后通过讨论，查阅资料和请教老师，各个难点都基本得到了解决。
最后把各个分支电路组合成一个完整的电路，通过许多次的调试和修改，不断完善电路图，在摸索中不断进步。
这次设计是一次团队合作的生动体现，每个人都充分发挥他们的擅长之处，有的擅长电路的设计，有的擅长软件的调试，有的擅长报告的总结，总的来说这次设计让我们团队中的每个成员都得到了充分的锻炼，并且每个人在这个过程中都学到了新的知识，能力都得到不同程度的提高，可以说这是一次检验我们在大学中学习和运用知识的很好机会。
为我们以后的学习和工作打下了一个良好的基础。
8.参考文献
（1）康华光电子技术基础（模拟部分）第五版高等教育出版社，2005
（2）陈尚松电子测量与仪器第二版电子工业出版社，2010
升级会员 