双电源供电的三角方波发生器电力电子课设.docx

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双电源供电的三角方波发生器电力电子课设

科技学院信息工程系2009级课程设计

双电源供电的三角、方波发生器

专业名称自动化

班级学号

学生姓名

指导教师邱玉兰

评分

日期2011年12月

摘要

在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。

例如随着三角波，方波发生电路的迅速发展，用三角波，方波发生电路可很方便地构成各种信号波形发生器。

用三角波，方波发生电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。

传统的电子电路与系统设计方法周期长，成本高，效率低。

在电子产品开发设计的过程中，常常需要工程技术人员对所设计的电路进行实物安装和调试，通过整机安装，调试后，如果发现原先的设计有问题，还得回头重新安装，修改、过程非常繁琐。

近年来电子产业迅速发展，将先进的计算机技术应用其中十分便利和有重要影响。

本次课程设计是要求做一个能够产生方波-三角波的函数发生器。

众所周知,制作函数发生器的电路有很多种。

本次设计采用的电路是基于运放和二极管，电容，电阻的试验电路。

由理论分析知,电压比较器可以产生方波,积分电路可以产生三角波，向电压比较器输入三角波就可以产生方波,于是可以将积分电路的输出作为电压比较器的输入。

各种波形频率段的调整可以由外电路的改变来实现,例如,函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路。

函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、方波的函数波形发生器。

电路的原理部分的设计,可以是先设计单元电路,然后用仿真软件模拟。

等到各个单元都设计完成后,可以将各个单元结合到一起,由仿真软件模拟是否符合制作要求。

本次试验中,就是先做方波发生电路:

电压比较器。

然后是积分电路,最后是差动放大电路。

电子技术基础课程设计任务书

2011－2012学年第一学期　第18周－19周

题目

双电源供电的三角、方波发生器

内容及要求

1、要求用运放组成三角、方波发生器；

2、三角波正负斜率分别、幅值可调；

3、方波正负幅值要求对称。

进度安排

1、方案论证2天

2、分析、设计、3天

3、焊接、调试、实现3天

4、检查、整理、写设计报告、小结3天

学生姓名：

指导时间：

2011年12月下旬

指导地点：

十大楼

任务下达

2011年12月12日

任务完成

2011年12月23日

考核方式

1.评阅□　2.答辩□3.实际操作□　4.其它□

指导教师

邱玉兰

系（部）主任

万卫强

第一章总体方案的设计与选择·························5

1.1方案设计与论证···································5

1.2原理图设计····························5

1.3三角波电路设计原理····························6

1.4元器件选择····························8

第二章总体电路图及印刷板图···························9

2.1　PCB原理图··································９

2.2　PCB印刷板图·····················１０

第三章计算机仿真····················１１

3.1仿真与调试··························１１

第四章电路安装调试······················11

4.1元件清单与验证器材及相关介绍····················11

4.2安装方波——三角波产生电路··················16

4.3调试方波——三角波产生电路·······················16

4.4、电子电路调试的一般步骤···················18

4．5注意事项······································20

4．6寻找故障的方法····························20

4.7元件的检测································20

4.8结论·································21

第五章心得体会····························22

参考文献···································26

第一章总体方案的设计与选择

1．1方案设计与论证

方案一∶采用多功能波形发生器ICL8038BC.多功能波形发生器ICL8038BC具有体积小,结构简单等特点,只需外接少量元件,便可产生精确的正弦波,方波和三角波信号,同时也能产生锯齿波,阶梯波和尖脉冲造次我种波形,因此,该芯片具有广泛的应用前景。

多功能波形发生器ICL8038BC具有体积小,结构简单等特点,只需外接少量元件,便可产生精确的正弦波,方波和三角波信号,同时也能产生锯齿波,阶梯波和尖脉冲造次我种波形,但是该芯片集成度太高,如果该芯片出现问题,设计将前功尽弃.

方案二：

采用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，可以方便的连续的改变频率，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。

因此本实验采用同相迟滞电压比较器和积分器同时产生方波和三角波的方案。

1.2原理图设计

1.2.1方波电路设计原理

方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。

由于方波或矩形波包含极其丰富的谐波，因此，这种电路又称为多谐振荡电路。

其本电路级成如图1.1所示，它是在在迟滞比较器的基础上，增加了一个由R、C反馈到比较器的反相端。

在比较器的输出端引入限流电阻R和两个背靠背的双向稳压管就组成了一个如图1.2所示的双向限幅方波发生电路。

由图可知，电路的正反馈系数F为

图1.1基本电路

图1.2双向限幅的方波产生电路

1.2.2参数计算

方波

周期、频率计算：

T=2RCln（1+2R1/R2）f=1/T

幅值：

Uo=Uz

1.3三角波电路设计原理

1.3.1三角波发生电路

锯齿波和正弦波、方波、三角波是常用的基本测试信号。

三角波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路.由于方波或矩形波包含极丰富的谐波,因此这种电路又称为多谐振荡电路.它是在迟滞比较器的基础上,增加了一个由R、C组成的积分电路,把输出电压经过R、C反馈到比较器的反相端.在比较器的输出端引入限流电阻R和两个背靠背的双向稳压管就组成了双向限幅房波发生电路.由于比较器中的运放处于正反馈状态,因此一般情况下,输出电压V0与输入电压V1不成线性关系,只有在输出电压V0发生跳变瞬间,集成运放两个输入电压才可近似等于零,即Vid=0或Vp=Vn=V1是输出电压V0转换的临界条件。

在接通电源的瞬间，输出电压究竟偏于正向饱和还是负向饱和，那纯属偶然。

设输出电压偏于正饱和值，即V0=Vz,时,加到电压比较器同相端的电压为+FVz,而加于反向端的电压,由于电容器C上的电压Vc不能突变,只能由输出电压V0通过电阻R按指数规律向C充电来建立,充电电流为i+.显然,党加到反向端的电压VC略正于+FVz时,输出电压便立即从正饱和值（+Vz）迅速翻转到负饱和值（-Vz）,-Vz又通过R对C进行反向充电.通常将矩形波为高电平的持续时间与振荡周期的比称为占空比,对称方波的占空比为50%.如需产生占空比小于或大于50%的矩形波,只需适当改变电容C的正反向充电时间常数即可.

此外，如在示波器等仪器中，为了使电子按照一定的规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到三角波产生器作为时基电路。

例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，就要在水平偏转板加上随时间作线性变化的电压——三角波电压，使电子束沿水平方向匀速扫过荧光屏。

图1.3三角波发生电路

1.3.2参数计算

三角波

幅值：

周期、频率：

1.4元器件选择

电阻：

4.7千欧1个

1千欧2个

电位器：

10千欧2个

集成模块：

LM7412个

极性电容：

1uf1个

6v稳压二极管：

2个

直流稳压电源:

1台

万用表：

1只

导线：

若干

面包板：

1个

第二章总体电路图及印刷板图

2.1Protel99原理图

图2.1总体电路图

2.2PCB印刷板图

图2.2PCB印刷板图

图2.3PCB3D图

第三章计算机仿真

3.1仿真与调试

按照原理图,在multisim中做好电路图，如图2.1。

仔细检查电路图是否有错误。

在确定没有错误的情况下,将multisim中的仿真器材示波器拖出来,将示波器接到输出方波和三角波的端口Vo1和Vo2。

将电路调到运行状态。

观察示波器中输出的波形。

调整示波器的X和Y增益,比较波形的失真情况

图3.1仿真实验电路

仿真调试输出波形：

图3.1.1方波Vo1输出波形（幅值对称）

图3.1.2三角波Vo2输出波形

图3.1.3三角波Vo2输出斜率可调

图3.1.4三角波Vo2输出幅值可调

图3.1.5方波和三角波在同一示波器中输出

经过多次调试后，得到完整的波形图

经过分析知道,方波的波形开始时有少量失真,随着电路的逐渐稳定,失真基本上完全消除，且幅值对称。

三角波的波形只有少量失真,且斜率和幅值均可调，其他符合要求

此电路设计，符合设计要求。

第四章电路安装调试

制作和调试是最容易出现错误的环节，因此在制作和调试时我们做到有条不紊，认真的做好每一步工作。

4.1元件清单与验证器材及相关介绍：

元件清单

电阻：

4.7千欧1个

1千欧2个

电位器：

10千欧2个

集成模块：

LM7412个

极性电容：

1uf1个

6v稳压二极管：

2个

导线：

若干

面包板：

1个

8P底座2个

插针2个

验证器材：

双踪示波器1个

直流稳压12v电源:

1台

万用表：

1只

4.1.1集成运算放大器LM741资料

图1.4LM741管脚图

1.运算放大器的简介

运算放大器（常简称为“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。

在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。

由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续至今。

运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。

随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。

现今运放的种类繁多，广泛应用于几乎所有的行业当中。

2.运算放大器的分类

按照集成运算放大器的参数来分,集成运算放大器可分为如下几类。

（1）通用型运算放大器

通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。

这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。

例μA741（单运放）、LM358（双运放