设计制作正弦波-方波-三角波函数转换器.docx

物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表专业：电子科学与技术班级:07电子本学号:姓名：课题名称设计制作正弦波-方波-三角波函数转换器设计任务与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,；方波幅值为2V；三角波峰-峰值为2V,占空比可调；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）o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、调试标准，有详细制作和调试过程。（O-Io分）电路板测试合理，对性能指标测试数据完整，正确；进行数据处理标准，进行了误差计算和误差分析。10-15分）对课程设计进行了总结，有体会，并能提出设计的改良、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根本功能。（0-30分）电路板焊接工艺标准，焊点均匀，布局合理。（0-20分）（其中直流电源局部占20%,功能局部80%）电子作品成绩：课程设计成绩总成绩：指导教师：2009年7月2日模拟电路课程设计报告设计课题：正弦波-方波-三角波函数转换器专业班级：07电子科学与技术学生姓名：学号：指导教师：设计时间：2009年6月30正弦波-方波-三角波函数转换器的设计一、设计任务与要求 输出波形频率范围为02KHz20kHz且连续可调； 正弦波幅值为±2V； 方波幅值为2V； 三角波峰-峰值为2V,占空比可调； 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的二、方案设计与论证波形产生电路通常课采用多种不同电路形式和元器件后的所要求的波形信号输出。波形产生电路的关键局部是振荡器，而设计振荡器电路的关键是选择有源器件，确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。具体设计可参考一下方案。方案一、文氏桥式振荡器(RC串-并联正弦波振荡器)产生正弦波输出，其主要特点是采用RC串-并联网络作为选频和反应网络，其振荡频率f°=l(211RC),改变RC的数值，可得到不同频率的正弦波信号输出。用集成运放构成电压比拟器，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或锯齿波信号输出。该电路的优点是：发生信号的非线性失真小，缺点是：调试过程烦琐，所需元器件多，制作难度大，本钱较高.方框图：方案二、用uA741构成信号发生电路，把正弦波信号转换成方波信号再转变成锯齿波信号，该电路调试过程较简单，容易实现波形的转换，制作简单.三、单元电路设计与参数计算直流电源：信号发生局部1.正弦波局部用文氏桥电路，电路由放大电路、选频网络、正反应网络和稳幅环节四个局部组成。放大电路应具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻以减少放大电路对选频特性的影响，使振荡频率几乎仅决定于选频网络，因此通常选用引入电压串联负反应的放大电路。正反应网络的反应电压Uf是同相比例运算电路的输入电压，因而要把同相比例运算电路作为整体看成电路放大电路，它的比例系数是电压放大倍数，根据起振条件和幅值平衡条件有AU弋需3Rf2RlR=养且振荡产生正弦波频率/0=211Rc正弦波电路参数设计：由于RC桥式振荡的振荡频率是由RC网络决定的，因此选择RC的值时，应把的振荡频率作为主要依据。同时，为了使选频网络的特性不受集成放大器输入和输出电阻的影响，选择R时还应考虑R应该远远大于集成远放的输出电阻，并且要远远小于集成远放的输入电阻。根据条件，由f”=l/(211RC)可以计算电容的值，实际应用时要选择稳定性好的电阻和电容。Rl和Rf的值可以由起振条件来确定，通常取Rf=2.IRb这样可以保证起振又不会使输出波形严重失真。应网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,那么同相输入端电位UP=+U0Uo通过R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦UneO,Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时UP从+Ut跃变为-Ut。随后，U。又通过R3对电容C反向充电，如图中虚线箭头所示。Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是,一旦UnWO,Uo就从-UZ跃变为+Uz,UP从-Ut跃变为+Ut,电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。±U=±R2(R6+Rw)U02mT=2R6(R6+R0C3/R7运放的反相端接基准电压，即U-=0,同相输入端接输入电压Uia,R6称为平衡电阻。比拟器的输出Uol的高电平等于正电源电压+Vcc,低电平等于负电源电压-Vee(!+VccI=I-VeeD,当比拟器的U+=U-=O时，比拟器翻转，输出UOl从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc0由以上公式可得比拟器的电压传输特性.当输入信号为方波Uob那么积分器的输出Uo3为。2=(R+2r)cJ"。"Uo=+Uz,D5导通,D6截止，Uo3=-I/(R6C)Uz(tl-t)+Uo(t0)Uo=-Uz,De导通，Ds截止，Uo3=l(R6+Rw,)Uz(t2-t1)+Uo(tl)可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度不相等的占空比可调的锯齿波.经计算，如果选R6=Ik,那么R,=10K,C=100nF.锯齿波图与方波图如下：CO.IuF5三端稳压管LM7812CTLM7912CT一个五、安装与调试对直流稳压电源测试其变压器的原副边电压，整流、滤波电压，稳压管输入输出电压，如果测试值在误差范围内，说明满足设计要求。静态调试：用万用表对电路板进行静态测试，目的主要是为了防止虚焊或者漏焊。静态调试没有问题之前方可以到实验室进行动态测试，主要测试参数有正弦波的幅值,输出波形频率范围。再对方波、三角波、锯齿波电路的静态工作点进行测试，即方波和锯齿波的幅值。然后对电路进行动态测试。主要是测试方波、锯齿波的振荡频率的调节范围。注意用示波器测量幅值必须把所有的微调都调到顺时针顶端。在测量数之前必须把波形先调好，只有在波形不失真的情况下才能测量参数，否那么所测数据没有任何意义。动态调试：正弦波产生电路的安装与调试：1 .把UA741集成块插入面包板，注意布局，焊点焊接；2 .分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器、稳压管的接法；3 .按图接线，注意直流源的正负及接地端。频率的调节：固定电容C不变，改变RC振荡电路中R的值，在三角波幅值符合要求时，输出波形频率发生改变，测量频率变化范围.方波发生电路的安装与调试：门.安装方波产生电路：1 .把UA741集成块插入面包板，注意布局；2 .分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器的接法；3 .按图接线，注意直流源的正负及接地端。调试方波产生电路：1 .接入电源后，用示波器进行观察；2 .调节R9,使方波的幅值满足指标要求；3 .观察示波器，各指标到达要求后进行下一部按装。三角波、锯齿波发生电路的安装与调试：调试方法与方波相同。占空比调节：改变L变中心滑头，就可以实现占空比可调。六、性能测试与分析L直流电源局部变压器的原边输出电压和波形整流电压和波形滤波电压和波形稳压管的输出电压正弦波发生局部的仿真电路图方波发生局部的仿真电路图三角波发生局部的防真电路图示波图-XSCl锯齿波发生局部的防真电路数据处理和误差计算（一）直流电压源1 .变压器的副边输出电压为15.6V理论U=15Vl=(15.6-15)/15*100%=4%2 .整流滤波电压稳压管的输入电压均为20.5V理论U=20V误差Tz=(20.5-20)20*100%=2.5%3 .稳压管输出电压UOI=+12VU02=-11.9V理论UoI=+12VU02=T2V误差IU=(12-1212*100%=04=(12-11.9)12*100%=0.833%(二)波形产生1 .输出波形频率范围为200.42Hz-20.843KHz且连续可调。2 .正弦波幅值为2.OV3 .方波幅值为2.OV4 .三角波峰-峰值为2V,占空比可调.H5=n6=n7=12.0-2.0）、2.0*100%=0误差分析1 .参数设计不够精确。2 .所选可调电阻的调节范围太大，调节不够精确。3 .调试没能很精确，产生的波形还有细微的失真现象，记录数据时，读数不精确导致误差产生.4 .选用的实验元件存在系统偏差.5 .选用的实验元件受温度的影响，实验时间过长导致的误差产生.6 .集成运放不是理想运放，其运放性能指标对运算误差有影响。7 .焊点不均匀，或存在虚焊而引起误差。改良该实验，减少实验误差的方法：选取精确度较高的实验器件，在选择可变电阻时要考虑到其要调节的范围，尽可能的选用与要用最大限度接近的可调电阻，在振荡电路中可调电阻最好用双滑式可调电阻在调试过程中要尽可能的把波形调节到不失真，调节频率时用同轴电位器，这样不仅防止了调节困难，还能使调节的精确度更高.七、结论与心得通过该实验，我对RC振荡电路，滞回比拟器，反向积分运算电路有了更进一步的了解，将课本上所学的抽象的理论知识运用于实验中，并加强了我的动手能力.在做RC振荡电路的实验中，波形产生了交越失真，没有很好的到达要求。让我了解最深的是，对方波产生电路，如果用单限比拟器，输入电压在阈值电压附近的任何微小变化，都将引起输出电压的变化，即其抗干扰能力差，所以我选择用滞回比拟器，它使输出方波更理想。在三角波、锯齿波输出时，可以通过调整RIO,R12的阻值可以改变三角波、锯齿波的副值，通过调整RIO,R12和RW的阻值以及C的容量，可以改变振荡周期，调整电位器滑动端的位置，可以改变其占空比，以及锯齿波上升和下降的斜率，很好得实现要求。为了做好这次课程设计，我想了几个方案。通过比拟分析后选取最正确方案进行电路设计，但在RC串并联选频网络R最好选用双联通滑阻器，才能更好地完成正弦波的输出，可是在市场上并没有卖到双联通滑阻器，使我在调节和测试输出正弦波带来一定得困难和误差。由于所买稳压管电阻为6.2V而不是2V,所以方波幅值满足不了，我在方波的输出端引一条线串联一个可调电阻和一个固定电阻，通过调节可调电阻，这样可以很好的使输出端电压幅值满足要求。最后，在今后的实验中严格要求自己，并学好的理论知识。八、参考文献1 .童诗白华成英模拟电子技术根底高等教育出版社2 .电子线路设计.实验.测试谢自美主编3 .毕满清编电子技术实验与课程设计机械工业大学出版社4 .物理与电子信息学院根底电路实验指导书5 .电子技术课程设计指导，湖南大学彭介华主编，高等教育出版社6 .电子线路设计应用手册，张友汉主编，福建科学技术出版社2000)7 .电子技术根底实验研究与设计，陈兆仁主编，电子工业出版社(2000L