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1、设计制作一个产生正弦波方波三角波函数转换器完整版 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】设计制作一个产生正弦波方波三角波函数转换器模拟电路课程设计报告 设计课题:设计制作一个产生正弦波方波三角波函数转换器专业班级： 电信本 学生姓名： 学 号：47指导教师： 设计时间： 1月7日 设计制作一个产生正弦波方波三角波函数转换器一、设计任务与要求1.输出波形频率范围为20kHz且连续可调；2.正弦波幅值为2V，；3.方波幅值为2V；4.三角波峰-峰值为2V，占空比可调；5.分别用三个发光二极管显示三种波形输出；?6.用桥式整流电容

2、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。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=f0时，放大电路的放大倍数数值最大，而其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

3、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。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

4、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1.正弦波发生器实验原理（1）RC 串并联选频网络。取 R1 = R2 = R ， C1 = C2 = C ，

5、令 则： 得 RC 串并联电路的幅频特性为： 相频特性为： 最大，?F = 0。（2）振荡频率与起振条件1）振荡频率2）起振条件当f = f0 时， 由振荡条件知：所以起振条件为：同相比例运放的电压放大倍数为：即要求：3）稳幅环节：反馈电阻的热敏RF采用负温度系数电阻，R1采用正温系数的热敏电阻，均可实现自动稳幅。或者在RF回路中串联二个并联的二极管也可以自动稳幅。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。 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

6、，双稳压管用于输出电压限幅，R3起限流作用，R2和R1构成正反馈，运算放大器当upun时工作在正饱和区，而当unup时工作在负饱和区。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ui大于某一电压时，uo= +UZ。又由于“虚断”、“虚短”up=un=0，由此可确定出翻转时的输入电压。up用ui和uo表示，有=un=0得此时的输入电压Uth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于-Uth，此时uo= -UZ ；增大ui，当ui=Uth时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小ui ，当ui=

7、-Uth时，运放则开始进入负饱和区。 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。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”，i1=iC, 故： Ui=i1R=icR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1

8、1 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。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=, U2为其有效值。 则：输出电压的平均值 输出电流的平均值 IO(AV)=RL 脉动系数 S= 2/3= 二极管的选择 最大镇流电流IF 最高反向工作电压 URM （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： UO(AV)=U2(1-T/4RLC) 当RLC=(35)T/2时，UO(AV) =脉动系数为S= （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

9、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UI的选择： 根据经验，一般选取 UI=(23)UO UI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： UZ=UO; IZmax-IZminILmax-ILmin;稳压管最大稳定电流 IZM=ILmax+ILmin 3）限流电阻R的选择： 通过查手册可知：IZMIN=IDZ，最高反向工作电压URM=,因此选用二

10、极管型号为1N4007即可。滤波电路中RLC=(35)T/2时滤波效果好，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：C3=C4=220uf,C5=C6=220nf,C7=C8=100nf.为了显示输出电压“与否”，两边可分别用二极管串联一个1K的电阻来显示。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20kHz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，因此RC选

11、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R310K的电位器和R110K的电阻调节而得到。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。Uo=-Uz(t1-t0)+UO(t0) 当Uo=Uz(t2-t1)+UO(t1)T= ,取R9、R5为10K的电位器，R8为50K电位器。解之可得：R6=282/T=282f=，因此取R6=10K，积分电路中C=220

12、nf,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）变压器15V19元三端稳压器LM78121元三端稳压器LM79121元电阻68、2K、10K15K、1K3、1、31、2元芯片Ua7413元电位器5K、50K2、1元电位器10K4元电容3元二极管1N400710元发光二极管5元稳压管2元大号焊接板1元大电容耐压35V以上3300uf、220uf2

13、、2元小电容、2、2元导线13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上做好布局，准备焊接电路板。（2）用万用表测得输出为+和，与理论值有一定的误差；并且测出7812、7912输入与输出的压差，并记录。2.正弦波、方波、三角波 （1）按所设计得电路图在电路板上做好布局，准备焊接电路板. （2）经“起振”调试后用示波器可测得各输出端的波形，并记录。（3）用示波器读出格数，计算峰峰值； （4）调节各个电位器，用函数发生器的输入端测出各个波形的频率范围，并记录。六、性能测试与分析1.直流电源部分用万用表测得输出为+和，与理论值有一定的误差；并且测出 7812、7912输入与输

14、出的压差。（1）数据处理：输出：LM7812输出；LM7912输出。稳压块电势差：LM7812为，LM7912为。（2）误差计算：LM7812：（12-12）/12100 %=0%。 LM7912：|/12100 %=%。2.波形转换部分经“起振”调试后用示波器可测得各输出端的波形，并记录。用示波器读出格数，计算峰峰值；然后用数字毫伏表读出其有效值，并记录。调节各个电位器，用函数发生器的输入端测出各个波形的频率范围，并记录。（1）正弦波（幅值可调、频率可调）峰-峰值：Up-p= 有效值为：U=2=频率调节范围为：（2）方波峰-峰值：Up-p=22V=4V 频率调节范围为： 相对误差：|2-2|

15、/2100%=0（3）三角波（占空比可调） 峰-峰值：Up-p=12V=2V 频率调节范围为：相对误差：|2-2|/2100%=03.误差分析：（1）直流电源输出不是标准的正负12V。（2）集成块不是理想的集成块；（3）电子元器件存在缺陷，并不是标准数值，比如电阻电容不够理想等；（4）电路之间的连线不是理想的，有电阻，使实验存在误差；（5）由于实验者读数的随机性，从而造成偶然误差。七、结论与心得1.实验结论：（1）通过调节10k电位器，可以改变正弦波的幅值；（2）方波的幅值由稳压管稳压值决定。（3）调节稳压管并联的电位器可以调节方波的幅值；调节RC振荡电路的调频电位器可以调节频率大小。（4）R

16、C桥式正弦波振荡电路以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。（5）在调试过程中，采取逐级调试，逐级校准的方法得到试验结论。2.心得： 由于是第一次做课程设计，自己又对设计的具体操作过程还不是很了解，总是觉得很难做。还好老师在课堂上多次讲解了，提出了一些我们要注意的问题，自己心里就有底了。我先是在网上查到了一些资料，然后我们小组一起讨论了电路图的设计以及参数计算问题，解决这些问题后，我们开始做仿真电路图，想通过仿真结果来初步验证我们的设计电路，但让我吃惊是，一开始仿真失败了，我都弄了好几张电路图，依然没有波形出来，经过分析发现是由于软件的原因，集成块是没有用的

17、，无法达到实际的效果，我还重装了软件，还是弄不出结果，我心里很着急，因为时间很紧，还要复习考试，最后我只好用其他集成块代替进行仿真，结果出来了波形，我又进行了参数验证，也符合要求，但是正弦波幅值不满足要求，我只好询问老师是否可行，老师没有为难我们，说幅值并不过分要求。这样我们列好器件名单去市区买，但是稳压管没有稳2V的卖，只买了稳的。买回器件后就开始焊电路板了，我先是按电路图进行布局，之后再焊接，用了一上午的时间才做完，由于是元旦假日，那天不能去调试，但我在寝室粗测有用。到第二天上午我去调试，虽然有波形出来，但有些失真，而其他人的波形要么失真，要么就没有波形，我看了下她们的电路板，结果有些错误

18、，经过改正之后就有波形了，我的因最后操作失误，把稳压管给烧了，只好回去换，第二天上午我们组都去了调试，我的正弦依然有些失真，而有些成员的波形也不够理想，但我们互相帮助，最终都调出来了，下午正式检测时，老师说我的电路板焊点不够好，布局也不是很理想，结果扣了两分，但我仍然很高兴，因为其他成员也都做的很成功。建议：首先是不要太在意仿真电路的结果，它只是一个虚拟的、理想状态下的环境，我因过分注重仿真结果，浪费了很多时间；再就是要早做准备，这次我们实在是时间好紧，测试和考试就差一天；第三就是可在方波的集成块加一个参考电压，这样波形就更好了。8、参考文献【1】 模拟电子技术基础第四版 童诗白与华成英主编

19、,高等教育出版社 .（2006）；【2】 电子线路设计、实验、测试（第二版）谢自美主编, 华中理工大学出版社； 【3】 基础电子技术 蔡惟铮主编 , 高等教育出版社 . （2004）； 【4】 电子线路第四版 谢嘉奎主编, 高等教育出版社 . （2002）【5】 基础电子技术 蔡惟铮主编 , 高等教育出版社 . （2004）；【6】 使用电子电路设计与调试 陈梓诚主编 , 中国电力出版社 .（2006）； 【7】 电子技术课程设计指导 彭介华主编, 高等教育出版社 .（1997）物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表专业：电子信息工程班级：电信本学号：47姓名： 课题名称设计制作一个产生

20、正弦波方波三角函数转换器设计任务与要求1.输出波形频率范围为20kHz且连续可调；2.正弦波幅值为2V；3.方波幅值为2V；4.三角波峰-峰值为2V，占空比可调；5.分别用三个发光二极管显示三种波形输出；?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）。设计报告成绩评分标准：有合理的方案设计和论证、电路参数的计算、总原理图和清单。（0-20分）电路板制作、调试规范，有详细制作和调试过程。（0-10分）电路板测试合理，对性能指标测试数据完整，正确；进行数据处理规范，进行了误差计算和误差分析。（0-15分）对课程设计进行了总结，有体会，并能提出设计的改进、建设性意见。 （0-5分） 设计报告成绩：电子作品成绩评分标准：电路正确，能完成设计要求提出的基本功能。（0-30分）电路板焊接工艺规范，焊点均匀，布局合理。（0-20分） (其中直流电源部分占20%，功能部分80%)电子作品成绩：课程设计成绩 总成绩：指导教师： 年 月 日