方波 三角波波形发生器的设计.docx

1、方波 三角波波形发生器的设计西安文理学院物理与机械电子工程学院课程设计报告专业班级课 程电子技术课程设计题 目方波 三角波波形发生器得设计学 号学生姓名指导教师2013年12西安文理学院机械电子工程系课程设计任务书学生姓名 专业班级 学 号 指导教师 职 称 教研室 自动化 课 程 电子技术课程设计 题目 方波、三角波波形发生器得设计 任务与要求任务:设计能产生方波、三角波波形信号输出得波形发生器、 1、输出得各种波形工作频率范围、02Hz10k Hz连续可调; 2.方波幅值1V; 3。三角波峰峰值20;各种输出波形幅值均连续可调; 4、设计电路所需得直流电源。要求:1.根据设计任务与指标,初

2、选电路;2.通过调查研究、设计计算,确定电路方案。开始日期 2013。12.3 完成日期 2013.1.2 2013年 1 月 日设计目得 设计任务与要求 总体设计方案 功能模块设计与分析 0电路得安装与调试 14实验仪器及元器件清单 1心得体会 16一、设计目得1.掌握方波三角波产生电路得设计方法及工作原理;2.掌握电子系统得一般设计方法;3.掌握常用原件得识别与测试;4.掌握模拟电路得安装测量与调试得基本技能;5.培养实事求就是,严谨得工作态度与严肃得工作作风、二、设计任务与要求任务:设计能产生方波、三角波波形信号输出得波形发生器。1.方波幅值10V;2.输出得各种波形工作频率范围0、0z

3、0 z连续可调;3.三角波峰峰值20;各种输出波形幅值均连续可调;4.设计电路所需得直流电源。要求:1.根据设计任务与指标,初选电路;2.通过调查研究、设计计算,确定电路方案、三。总体设计方案方案一,框图如下图所示: 图1多种波形发生器原理框图(方案一)文氏桥振荡器(RC串并联正弦振荡器)产生正弦波输出,其主要特点就是采用串并联网络作为选频与反馈网络,其振荡频率为f0=/(RC),改变C得值,可得到不同频率得正弦信号输出。为了使输出电压稳定,需采用稳幅措施。用集成运放构成电压比较器,将正弦波信号变换成方波信号输出。用运放构成积分电路,将方波信号变换成三角波方案二,框图如下图2所示: 三角波信号

4、 方波信号图中利用滞回比较器得开关作用与具有延时作用得RC反馈网络构成多谐振器,用积分电路将方波变换成三角波信号输出。方案三,由G808组成得多量程、多功能信号发生器。其电路得输出信号频率可以在1Hz以下至几百K范围内调节,压控信号可内部选择,也可外接。输出信号可直接从2、3、角高阻输出,也可以通过5G353低阻输出。图中利用滞回比较器得开关作用与具有延时作用得RC反馈网络构成多谐振器,用积分电路将方波变换成三角波信号、论证:经分析方案一结构复杂,不易于调试,不能很快得得到电路波形。方案三可同时产生方波、三角波,该信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便、555定时器接成多谐振荡器工作形式,C2

5、为定时电容,2得充电回路就是R23RP2;C2得放电回路就是CPRIC得7脚(放电管)。由于R+R2,所以充电时间常数与放电时间常数近似相等,由得3脚输出得就是近似对称方波。按图所示元件参数,其频率为KHZ左右,调节电位器RP可改变振荡器得频率。方波信号经R、C5积分网络后,输出三角波、三角波再经5、C6积分网络,输出近似得正弦波。C就是电源滤波电容。发光二极管VD用作电源、方案二操作简便,方案一同方案二比较,对于三角波得产生有一定得麻烦,因为题目需要频率为连续可调,但幅度稳定性难以达到要求;方案二由于采用运算放大器组成积分电路,因此可实现恒流充电,使三角波线性大为改善、由此,本设计采用方案二

6、。能在简易环境下得到很清晰得波形。综上,选择方案二。四、功能模块设计与分析1.总电路图设计。单元电路图得设计。滞回电压比较器图101为一种滞回电压比较器电路,双稳压管用于输出电压限幅,起限流作用,R与R构成正反馈,运算放大器当upun时工作在正饱与区,而当nup时工作在负饱与区。从电路结构可知,当输入电压ui小于某一负值电压时,输出电压uo=UZ;当输入电压uin大于某一电压时,uo= UZ。运算放大器在两个饱与区翻转时u=n=0,由此可确定出翻转时得输入电压。up用uin与u表示,有根据翻转条件,令上式右方为零,得此时得输入电压Uh称为阈值电压。滞回电压比较器得直流传递特性如图10-2所示、

7、设输入电压初始值小于-th,此时o= UZ ;增大u,当ui=t时,运放输出状态翻转,进入正饱与区。如果初始时刻运放工作在正饱与区,减小un,当un= Uth时,运放则开始进入负饱与区。 图11 滞回电压比较器 图0-2 滞回电压比较器得直流传递特性如果给图1所示电路输入三角波电压,其幅值大于Uth ,设t = 0时,uo= -U 其输出波形如图10-3所示。可见,输出为方波、图10-3 输入为三角波时滞回电压比较器得输出波形.、 方波三角波发生器给图10所示得滞回电压比较器级联一积分器,再将积分器得输出作为比较器得输入,如图10所示。由于积分器可将方波变为三角波,而比较器得输入又正好为三角波

8、,因此可定性判断出,图1-4电路得输出电压o1为方波,uo2为三角波,如图15所示。下面分析其振荡周期。图104 方波三角波发生器积分器输出电压从-Uh增加到+th所需得时间为振荡周期T得一半,由积分器关系式或注意到,故振荡频率则为图10 方波三角波发生器得输出波形3.方波三角波发生器得设计1)双稳压二极管得稳定电压根据方波幅值选取,电阻R根据双稳压二极管得最大电流确定。2)电阻R与R2根据三角波得幅值确定。3)电阻R与电容则根据振荡频率要求确定,电容得值不宜太大,以减小积分误差、.电源得设计1)设计思路 直流稳压电压电路设计要得到正负2伏得电源,首先使用变压器将220伏得交流电变成合适得值。

9、在通过整流电路,将正弦波变成较为稳定得直流电压、在通过滤波与稳压电路,最终得到满足要求得直流电路。通过接上负载电阻,满足输出电流得要求。电路图如下:图06 直流电源2)其相关参数得确定a)设稳压器输出电压为Uo,变压器副边得输出电压有效值为i,因为要保证三端稳压器得功耗不太大,所以3VUo即当取UiUo=3。4V时,满足上述要求,即Ui=5.4V3V此时,变压器得变化K=22015。=1/0、07 b)当电压器副边电压得有效值为5、4V时,其最大值为Uma15。4=21。8V、c)题目要求在满载得情况下,取倍工频得半周期,即时间常数=RC=/02。5=0、0s、经过测试R18。所以=、05/1

10、8=2。8MF.为了增强滤波得效果,选取了2、MF得电解电容、d)为了防止自激振荡,在稳压器得输入端并联了一个大小为0、3u得电容、e)为了消除高频噪声与改善输出得瞬态特性,输出端接了一个uf得电容。f)在稳压器两端输出2V电压得情况下,要输出1A得电流,根据欧姆定律,应该串联得电阻大小为R=12/=1、五、电路得安装与调试1、电源得安装与调试I、仿真图式变压器副边电压波形图0-7 变压器副边电压波形通过变压器得变压作用,变压器副边得到得有效值为1.4伏得正弦交流电压。整流后得波形图108 整流后得波形滤波之后得波形图109 滤波之后得波形稳压后得波形(正)图10-10 稳压后得波形(正)稳压

11、后得波形(负)图1011 稳压后得波形(负)输出为正负12伏得直流电源。图112 输出为正负12伏得直流电源。II、安装与调试按图所示查找元件在面包板上安装。注意布局及元件得正负极。2.方波三角波电路得安装与调试仿真结果图10-3 方波-三角波仿真结果。安装方波-三角波电路1.将两块LM34N集成块插入面包板,注意布局。2.分别把各电阻放入适当得位置,尤其注意电位器得接法、3.按图接线,注意直流源得正负极及接地端。I、调试方波三角波电路1.接入电源后,用示波器进行双踪观察。2.调节R2与R3使峰峰值满足要求。3.调节滑动变阻器使周期满足要求。4.观察示波器,各项指标达标后进行下一步安装。六、实

12、验仪器及元器件清单1.方波三角波电路部分M24N 两个1N407A 两个电阻(3。3 5K 5.1K 15 20) 各一个滑动变阻器(50K) 一个电容(00nf) 一个示波器 一个2.电源部分 变压器(1:.07) 两个 14B4 两个 LM12K PC92 各一个 电容(2。m 330f 1uf) 各两个 电阻(12k) 一个 万用表 一个 七、心得体会 通过此次课程设计,使我更加扎实得掌握了有关模拟电子线路方面得知识,在设计过程中虽然遇到了一些问题,但经过一次又一次得思考,一遍又一遍得检查终于找出了原因所在,也暴露出了前期我在这方面得知识欠缺与经验不足。过而能改,善莫大焉。在课程设计过程

13、中,我们不断发现错误,不断改正,不断领悟,不断获龋最终得检测调试环节,本身就就是在践行“过而能改,善莫大焉”得知行观。在今后社会得发展与学习实践过程中,一定要不懈努力,不能遇到问题就想到要退缩,一定要不厌其烦得发现问题所在,然后一一进行解决,只有这样,才能成功得做成想做得事,才能在今后得道路上劈荆斩棘,而不就是知难而退,那样永远不可能收获成功,收获喜悦,也永远不可能得到社会及她人对您得认可！ 课程设计诚然就是一门专业课,给我很多专业知识以及专业技能上得提升,同时又就是一门讲道课,一门辩思课,给了我许多道,给了我很多思,给了我莫大得空间。同时,设计让我感触很深。使我对抽象得理论有了具体得认识、通

14、过这次课程设计,我了解了电路得连线方法;以及如何提高电路得性能等等,通过查询资料,也了解了波形发生器得构造及原理。回顾起此课程设计,至今我仍感慨颇多,从理论到实践,在这段日子里,可以说得就是苦多于甜,但就是可以学到很多很多得东西,同时不仅可以巩固了以前所学过得知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过得知识。此次设计也让我明白了思路即出路,有什么不懂不明白得地方要及时请教或上网查询,只要认真钻研,动脑思考,动手实践,就没有弄不懂得知识,收获颇丰。西安文理学院物理与机械电子工程学院自动化专业电子课程设计评分表学生姓名:班 级:学 号:题 目:方波、三角波波形发生器得设计序号项目内容满分得分工作量适中,难易度合理2态度端正,能积极、主动参与课程设计;能很好地与组内成员协同合作完成设计;课程设计期间不缺勤203具有一定查阅文献及运用文献资料能力与计算机应用能力14总体电路运行正常,系统电路仿真正确,各项技术指标符合任务书中得要求5设计报告理论依据充分,数据准确,电路分析正确16设计报告内容齐全、合理,综述简练、完整,概念清楚,立论正确,技术用语准确,结论严谨合理;分析处理科学,条理分明,语言流畅,结构严谨57设计报告符号统一、编号齐全;格式、表格、插图等规范准确18设计报告有一定篇幅,字符数不少于2505总 分10指导教师评语: 指导教师签名: 年 月 日