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

1、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

2、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

3、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

4、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，j122 1, RC112,（1，），j（,）RC12RC,RC2121 1，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,RC2）起振条件 ，1AF,1，当f = f0 时， 由振

5、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,2RF3）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32R构成正反馈，运

6、算放大器当uu时工作在正饱和区，而当uu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 pio11u，uioRu，RuRR2i1o12u,=u=0 np11R，R12，RR12得此时的输入电压 RR11 u,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thoZ i

7、ith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。 i ithuouUnZ-uRo3+up+uinuRRin12-UU0ththUZ-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: 1CUi=iR=iR

8、 1c11u,u,idt,udtOCCI,CRC得:; = 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 ,1 U,2Usinwtd（wt）,0.9UO（AV）22,0,输出电流的平均值 I=0.9U/RO（A

9、V）2L 脉动系数 UO1M S= 2/3=0.67 UO（AV）二极管的选择 2U2 最大镇流电流I1.1 F,RL2U 最高反向工作电压 U1.1 RM2（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=（35）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

10、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=（23）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; ZOI-II-I; ZmaxZminLmaxLmin稳压管最大稳定电流 I=I+I ZMLmaxLmin限流电阻R的选择: 3）通过查手册可知:I=I1.1，最高反向工作电压F,RLU=1.12U,因此选用二极管型号为1N4007即可。滤波电路中RC=（35）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

11、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0.2KHz20kHz且连续可调，正弦波幅值为?2V，f0=1/（2RC），由于器材的原因，取C=220nf,则R=1/2f0C,解之可得，R的取值范围0.0369K3.69K，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

12、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）CR8C2R5（2R8，R9）CT= ,取R9、R5为10K的电位器，R8为50K电位器。解之可得: R6R6=282/T=282f=0.0968K9.68K，因此取R6=10K，积分电路中C=220nf,

13、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） , 15V 1 变压器 9元 LM7812 1 三端稳压器 1.2元 LM7912 1 三端稳压器 1.2元 电阻 68、2K、10K 3、1、3 0.1元 15K、1K 1、2 Ua741 3 芯片 1.5元 电位器 5K、50K 2、1 0.5元 10K 4 电位器 0.5元 0.22uf 3 电容 0.5元 1N4007 10 二极管 0.1元 5 发光二极管 0.3元 3.3V 2 稳压管 0.25元 1 大号焊接板 2.0元 大电容 耐压35V以上 3300uf、220uf 2、2 0.5元 小电容 0.1uf、0.33uf 2、2 0.3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