三角波原理以及应用实验设计.docx

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三角波原理以及应用实验设计

课程设计报告

题目：

方波---三角波产生设计与仿真

课程名称：

模拟、数字电路课程设计

学生姓名：

学号：

所在专业：

所在班级：

指导教师：

日期：

论文（设计）任务书

课程编号

j1630017

课程名称

模拟、数字电路课程设计

周数

1

实施地点

电子技术实验室

班级

电气1071

人数

32

起止时间

第十八周

形式

√集中√分散

指导教师

孔艳秀

论文

（设计）

进度

安排

1、周一至周二：

查阅资料，进行原理分析

2、周三：

电路设计与EDA仿真

3、周四：

老师指导与答疑，地点另定。

可以进电子实验室做实物。

4、周五：

上午继续仿真，或做实物。

下午各班长交本班设计报告，

论文

（设计）

内容

一、设计一个用集成运算放大器构成的方波---三角波产生电路。

指标要求如下：

1、方波重复频率500Hz，相对误差<±5%，脉冲幅度±（6---6.5）V。

2、三角波重复频率500Hz，相对误差<±5%，脉冲幅度±（1.5---2）V。

3、频率检测检测出频率值并用数码管显示

二、参考电路：

模电教材P441图8.3.7；数电教材（P245/74LS161；P157/74LS48，七段管BS201，至少有四位）。

要使用一个开关，起启动和停止计数作用。

要求

（包括纪律要求和报告书要求）

1、根据任务确定电路方案，并选取元件参数。

使用WorkbentchEDA进行仿真，使输出指标满足任务中的规定，并给出输出波形和数据。

2、设计必须独立进行为主。

若有实物制作可以小组形式在教师指导下进行。

3、设计报告内容包括：

总体方案，系统各环节电路设计，相关说明与相关计算。

设计报告前面附此任务书，后含有电路设计图和仿真结果。

有实物的可以提交实物。

模拟、数字课程设计报告

【总体方案】：

用集成运算放放大器构成方波——三角波产生电路。

指标要求如下：

1、方波：

重复频率500Hz，相对误差<±5%，脉冲幅度±（6-6.5）V。

2、三角波：

重复频率500Hz，相对误差<±5%，脉冲幅度±（1.5-2）V。

3、频率检测：

检测出频率值并用数码管显示

因此该电路需要有矩形波发生电路，然后将输出的方波作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出端就可得到三角波电压。

这样就实现了方波——三角波产生电路。

再加入频率计测出频率，并通过用计数器和数码管的显示来求频率。

【各部分电路设计】：

1矩形波（方波）发生电路

因为矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就是要求两种状态自动地相互转换，所以电路需引入负反馈；因为输出状态需按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化。

因此它由滞回比较器和RC电路组成。

RC回路作为延迟环节，又作为反馈网路。

如图所示

图1滞回电压比较器图2滞回电压比较器的直流传递特性

图中滞回比较器输出电压uo=±Uz，阈值电压：

通过调整参数R1与R2可以改变Uc的幅值，调整R1、R2、R3和电容C的数值可以改变电路的振荡频率。

要改变输出电压Uo的振幅，则要换稳压管以改变Uz。

根据要求可以设置稳压管的Uz=±6V。

R1和R2的阻值可设置为10k。

电容C和R则根据要求在仿真中调节，用频率计来测试，使输出频率为500Hz。

2三角波发生电路

将滞回电压比较器级联一积分器，再将积分器的输出作为比较器的输入，如图4所示。

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，图4电路的输出电压uo1为方波，uo2为三角波，如图5所示。

下面分析其振荡周期。

图4方波——三角波发生器

积分器输出电压从-Uth增加到+Uth所需的时间为振荡周期T的一半，由积分器关系式

或

注意到

，故

振荡频率则为

图5方波——三角波发生器的输出波形

方波——三角波发生器的设计

（1）双稳压二极管的稳定电压根据方波幅值选取，电阻R3根据双稳压二极管的最大电流确定。

（2）电阻R1和R2根据三角波的幅值确定。

（3）电阻R和电容C则根据振荡频率要求确定，电容C的值不宜太大，以减小积分误差。

3频率检测电路

测方波发生电路输出的方波的频率，将输出的方波作为计数器的CP输入，使其计数，并用数码显示管显示。

数码管显示的数字就是通过计数器的波形数（CP脉冲个数），设置一个开关，控制CP的输入，由数码显示管显示的数值来判断输出方波的频率。

同理也可得到三角波的频率。

【电路设计图】：

方波——三角波发生器：

【电路仿真结果】：

用示波器看波形：

用测量器测量的数值：

用示波器测方波的峰值：

用示波器测三角波的峰值：

元件值：

，

，

根据理论的值：

由仿真的出的值：

仿真结果分析：

方波：

A=6.009V,满足要求6V~6.5V

误差E=（6.009-6.2）/6.2≈-3.08%，满足要求<10%

三角波：

A=1.898V,满足要求1.5V~2.0V

误差E=（1.742-1.8）/1.8≈-3.22%，满足要求<10%

频率：

f=500.314Hz，要求500Hz

误差E=（500.314-515.3）/515.3≈-2.91%，满足要求<10%