《模擬電子》課設(shè)--正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路

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1、 模擬電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 1． 設(shè)計(jì)課題 設(shè)計(jì)正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路 2． 課程設(shè)計(jì)目的 《模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)》是學(xué)習(xí)理論課程之后的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。目的是通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題來(lái)鞏固和加深在《模擬電子技術(shù)》課程中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。設(shè)計(jì)訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的電子技術(shù)根底知識(shí)，并去完成查找資料，選擇、論證方案，設(shè)計(jì)電路，安裝調(diào)試，分析結(jié)果，撰寫(xiě)報(bào)告等工作。使學(xué)生初步掌握模擬電子電路設(shè)計(jì)的一般方法步驟，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際提高和培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)后的工作打下一

2、定的根底。本實(shí)驗(yàn)用Multisim軟件完成正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)。 3．系統(tǒng)知識(shí)介紹 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，其電路中使用的器件可以是別離器件，也可以是集成器件，產(chǎn)生方波、正弦波、三角波的方案有多種。如先運(yùn)用RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，根據(jù)周期性的非正弦波與正弦波所呈的某種確定的函數(shù)關(guān)系，再通過(guò)滯回比擬器將正弦波轉(zhuǎn)化為方波，最后經(jīng)過(guò)積分電路后將其變?yōu)槿遣ā? 4．電路方案與系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)計(jì) 〔1〕電路系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，此電路的振蕩頻率較低，一般在1MHz以下，根本符合本設(shè)計(jì)的參數(shù)要求，

3、它是以RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為選頻網(wǎng)絡(luò)和正反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，以電壓串聯(lián)負(fù)反應(yīng)放大電路為放大環(huán)節(jié)，以二極管結(jié)合電阻構(gòu)成穩(wěn)幅電路，具有振蕩頻率穩(wěn)定，帶負(fù)載能力強(qiáng)，輸出電壓失真小等優(yōu)點(diǎn)。 通過(guò)滯回比擬器將正弦波轉(zhuǎn)化為方波，采用雙穩(wěn)壓二極管用于輸出電壓的限幅，后通過(guò)電壓跟隨器提高帶負(fù)載能力。 最后通過(guò)一個(gè)積分電路將正弦波轉(zhuǎn)化為三角波，采用兩個(gè)電容分別滿(mǎn)足低頻與高頻的要求，在最大程度上減小三角波的失真度。 〔2〕電路功能框圖 本次設(shè)計(jì)采用RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，然后通過(guò)滯回比擬器將正波轉(zhuǎn)化為方波，最后通過(guò)一個(gè)積分電路將正弦波轉(zhuǎn)化為三角波，其具體功能框圖如圖〔1〕所示： 圖〔1〕電

4、路功能框圖 〔3〕元器件與參數(shù)設(shè)計(jì) 整體電路采用型號(hào)為T(mén)HS4501CD的高速全差分運(yùn)算放大器，工作電壓為+/-15V，正弦波的穩(wěn)壓采用型號(hào)為1N4148的二極管，方波的穩(wěn)幅采用型號(hào)為ZPD5.1的穩(wěn)壓二極管。其他可變與定值電阻、電容詳見(jiàn)元器件清單表。 ① 正弦波——RC橋式正弦波振蕩電路〔如圖〔2〕所示〕 圖〔2〕RC橋式正弦波振蕩電路 參數(shù)設(shè)定 1．RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為選頻網(wǎng)絡(luò)和正反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)， 由圖〔2〕中RC的值，來(lái)確定此選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率 在正弦波調(diào)頻的過(guò)程中，只需要改變電阻R與電容C的大小，就可以改變正弦波的頻率，實(shí)現(xiàn)頻率從100HZ~20KHZX圍內(nèi)連

5、續(xù)可調(diào)，在整體電路設(shè)計(jì)中均采取可變器件實(shí)現(xiàn)了這一要求。 2．確定R3和Rf(在圖〔2〕中Rf=R2+R4+Rrd//R1的值) 由振蕩的振幅條件可知，要使電路起振，Rf應(yīng)略大于2R3，通常取Rf=2.1R3。以保證電路能起振和減小波形失真。 取標(biāo)稱(chēng)值: R3=1.1k W，所以:Rf=2.1R3=2.31kW. 為了達(dá)到最好效果, Rf與R3的值還需通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)整后確定。 3．確定穩(wěn)幅電路與其元件值 穩(wěn)幅電路由R1和兩個(gè)接法相反的二極管D1、D2并聯(lián)而成，如圖(2)所示。穩(wěn)幅二極管D1、D2應(yīng)選用溫度穩(wěn)定性較高的硅管。當(dāng)通過(guò)電流不同時(shí)，二極管的動(dòng)態(tài)電阻不同，引入非線(xiàn)性環(huán)節(jié)，從

6、而穩(wěn)定輸出電壓。而且二極管D1、D2的特性必須一致，以保證輸出波形的正負(fù)半周對(duì)稱(chēng)。 通過(guò)微調(diào)R4的阻值，實(shí)現(xiàn)電壓的微調(diào)，使幅值穩(wěn)定在6V。 4．R1確實(shí)定 由于二極管的非線(xiàn)性會(huì)引起波形失真，因此，為了減小非線(xiàn)性失真，可在二極管的兩端并上一個(gè)阻值與rd〔rd為二極管導(dǎo)通時(shí)的動(dòng)態(tài)電阻〕相近的電阻R1，〔R1一般取幾千歐，在本例中取R1=1kW?！橙缓笤俳?jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)整，以達(dá)到最好效果。 ②正弦波轉(zhuǎn)化為方波——滯回比擬器〔如圖〔3〕所示〕 圖〔3〕滯回比擬器 圖〔3〕為滯回比擬器電路，雙穩(wěn)壓管用于輸出電壓限幅，輸出電壓要求為6V，通過(guò)改變穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓。R7起限流作用，本設(shè)

7、計(jì)采取10KΩ，R9和R10構(gòu)成正反應(yīng)，運(yùn)算放大器當(dāng)up>un時(shí)工作在正飽和區(qū)，而當(dāng)un>up時(shí)工作在負(fù)飽和區(qū)。從電路結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)輸入電壓ui小于某一負(fù)值電壓時(shí)，輸出電壓uo= -UZ；當(dāng)輸入電壓ui大于某一電壓時(shí)，uo= +UZ。又由于“虛斷〞、“虛短〞up=un=0，由此可確定出翻轉(zhuǎn)時(shí)的輸入電壓。up用ui和uo表示，有 得此時(shí)的輸入電壓 Uth稱(chēng)為閾值電壓。滯回電壓比擬器的直流傳遞特性如圖〔4〕所示。設(shè)輸入電壓初始值小于-Uth，此時(shí)uo= -UZ ；增大ui，當(dāng)ui=Uth時(shí)，運(yùn)放輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入正飽和區(qū)。如果初始時(shí)刻運(yùn)放工作在正飽和區(qū)，減小ui ，當(dāng)ui= -Uth時(shí)，

8、運(yùn)放如此開(kāi)始進(jìn)入負(fù)飽和區(qū)。 圖〔4〕滯回電壓比擬器的直流傳遞特性 ③ 方波轉(zhuǎn)化為三角波——積分電路〔如圖〔5〕所示〕 圖〔5〕積分電路 圖中，先接入一個(gè)電壓跟隨器，提高其帶負(fù)載能力，后連接積分電路，同相輸入端接地，連入一10kΩ的電阻，平衡電路。電阻R11和R14為改變?nèi)遣ǖ姆?，其阻值根?jù)仿真結(jié)果具體調(diào)整。R12為限流電阻由于輸入端不取電流，同相端電位為零，反相端虛地，流過(guò)電容的電流與流過(guò)電阻的電流相等經(jīng)計(jì)算可知當(dāng)輸入方波時(shí)輸出為三角波。 三角波的幅值： 考慮到要求輸出波形的頻率要求，因此通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇不同的電容值，C5為低頻，C6為高頻。 〔4〕電

9、路圖與器材清單表 整體設(shè)計(jì)電路圖〔如圖〔6〕所示〕 圖〔6〕信號(hào)發(fā)生器電路圖 器材清單表 器件名稱(chēng) 型號(hào)〔參數(shù)〕 數(shù)量〔個(gè)〕 運(yùn)算放大器 THS4501CD 4 二極管 IN4148 2 穩(wěn)壓二極管 ZPD5.6 2 開(kāi)關(guān) Key=Space 1 可變電容 100nF 2 電容 1nF、13nF、1.1μF 2/1/1 電位器 12kΩ、2.5kΩ、50kΩ 2/1/1/1 電位器 100Ω 1 電阻 10kΩ 4 電阻 1kΩ、1.1kΩ、1.8kΩ 1/1/1 電阻 6kΩ、5kΩ、100kΩ 2/1/1

10、 〔5〕電路仿真 輸出波形頻率： 正弦波： 正弦波的頻率在100HZ~20KHZX圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；正弦波的輸出信號(hào)幅值為6V。 正弦波失真度g≦5% 方波： 方波的頻率在100HZ~20KHZX圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；方波的輸出信號(hào)幅值為6V。 三角波： 三角波的頻率在100HZ~20KHZX圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；三角波輸出信號(hào)幅值為0~2V連續(xù)可調(diào)。 整體仿真波形： 5．設(shè)計(jì)總結(jié) 〔1〕在本次設(shè)計(jì)中，整體的分工情況如下： 孫強(qiáng)、X晨：整體方案的設(shè)計(jì) X晨：負(fù)責(zé)資料的收集與整理以與報(bào)告分析、總結(jié)等撰寫(xiě) 孫強(qiáng)：負(fù)責(zé)仿真與報(bào)告中電路設(shè)計(jì)局部

11、的撰寫(xiě) 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到問(wèn)題共同分析解決，理論結(jié)合實(shí)際，最后完成的本次設(shè)計(jì)任務(wù)。 在分析，查閱相關(guān)資料后，形成了一下幾種設(shè)計(jì)方案：方案一：首先產(chǎn)生方波和三角波，然后運(yùn)用差分放大電路將三角波產(chǎn)生正弦波；方案二：運(yùn)用集成芯片ICL8038結(jié)合外部電路產(chǎn)生正弦波、方波和三角波；方案三：運(yùn)用RC橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，再通過(guò)滯回比擬器將正弦波轉(zhuǎn)化為方波，最后經(jīng)過(guò)積分電路后將其變?yōu)槿遣ā? 對(duì)于方案一，考慮到對(duì)于差分放大電路的電路圖比擬復(fù)雜，并且一旦三角波失真度高，會(huì)導(dǎo)致正弦波失真，無(wú)法滿(mǎn)足題目要求。對(duì)于方案二，雖然其失真度易于實(shí)現(xiàn)，可在調(diào)節(jié)頻率時(shí)沒(méi)有滿(mǎn)足要求，其根本電路圖如圖〔7〕

12、所示，因此本設(shè)計(jì)采用方案三，唯一的不足在于三角波波形不穩(wěn)定。 圖〔7〕ICL8038與其外圍電路 〔2〕運(yùn)用multisim仿真軟件，從電路圖的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、仿真到實(shí)驗(yàn)報(bào)告，我們都有自己的努力，在這短短的幾天內(nèi)，從課本理論知識(shí)到實(shí)際的理解，從題目中的簡(jiǎn)單計(jì)算到設(shè)計(jì)運(yùn)用中的精心推敲，我們把模電知識(shí)的學(xué)習(xí)上升了一個(gè)層次，真正賦予了這門(mén)課程實(shí)際意義與價(jià)值。我們充分認(rèn)識(shí)到理論結(jié)合實(shí)際的重要性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們依然會(huì)遇到一些難題，這暴露了我們理論知識(shí)掌握不夠全面的弱點(diǎn)。于是，遇到難題的時(shí)候，我們與時(shí)回歸理論，向書(shū)本和網(wǎng)絡(luò)求教，這種互為補(bǔ)充的過(guò)程幫助我們發(fā)現(xiàn)不足，完善自己的只是構(gòu)架，表現(xiàn)了

13、理論與實(shí)踐并行的意義。希望這次設(shè)計(jì)實(shí)踐是一次全新的開(kāi)始，我們可以在此根底上提高創(chuàng)新意識(shí)，發(fā)散創(chuàng)新思維，在專(zhuān)業(yè)方面做得更好！ 〔3〕進(jìn)度與時(shí)間:2014年12月25日~2014年12月31日 〔4〕本次設(shè)計(jì)中存在一點(diǎn)不足：產(chǎn)生三角波的波形不穩(wěn)定。由于積分電路中電容的選取問(wèn)題，導(dǎo)致三角波波形不穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)有待完善，。 6．主要參考文獻(xiàn) [1] 康華光.電子技術(shù)根底—模擬局部.:高等教育,2013.12 設(shè)計(jì)與仿真報(bào)告 設(shè)計(jì)名稱(chēng)：設(shè)計(jì)正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路 一、 課程設(shè)計(jì)的目的 《模擬電

14、子技術(shù)課程設(shè)計(jì)》是學(xué)習(xí)理論課程之后的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。目的是通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題來(lái)鞏固和加深在《模擬電子技術(shù)》課程中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。設(shè)計(jì)訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的電子技術(shù)根底知識(shí)，并去完成查找資料，選擇、論證方案，設(shè)計(jì)電路，安裝調(diào)試，分析結(jié)果，撰寫(xiě)報(bào)告等工作。使學(xué)生初步掌握模擬電子電路設(shè)計(jì)的一般方法步驟，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際提高和培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)后的工作打下一定的根底。本實(shí)驗(yàn)用Multisim軟件完成正弦波-方波-三角波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)。 二、 設(shè)計(jì)所用儀器設(shè)備〔包括仿真用的設(shè)備〕 器材清單表： 器件名稱(chēng) 型號(hào)〔參數(shù)〕 數(shù)量〔個(gè)

15、〕 運(yùn)算放大器 THS4501CD 4 二極管 IN4148 2 穩(wěn)壓二極管 ZPD5.6 2 開(kāi)關(guān) Key=Space 1 可變電容 100nF 2 電容 1nF、13nF、1.1μF 2/1/1 電位器 12kΩ、2.5kΩ、50kΩ 2/1/1 電位器 100Ω 1 電阻 10kΩ 4 電阻 1kΩ、1.1kΩ、1.8kΩ 1/1/1 電阻 6kΩ、5kΩ、100kΩ 2/1/1 四綜示波器 1 失真分析儀 1 萬(wàn)用表 3 頻率計(jì) 3 三、 設(shè)計(jì)所用電路 四、 設(shè)計(jì)仿真結(jié)果 整體仿

16、真波形： 五、 討論 1、 設(shè)計(jì)中發(fā)生的問(wèn)題 A． 在確定設(shè)計(jì)方案時(shí)，需要考慮周全，一旦確定方案就不要更改，對(duì)于方案中遇到的問(wèn)題要仔細(xì)考慮，尋求方法解決，切不可遇到問(wèn)題就更改方案，從而未能完成設(shè)計(jì)要求，并且造成時(shí)間上的浪費(fèi)。 B． 在調(diào)節(jié)正弦波波形時(shí)，需要仔細(xì)調(diào)節(jié)阻值，一方面需要使其產(chǎn)生自激振蕩，又不能使其失真太過(guò)嚴(yán)重，因此調(diào)節(jié)阻值需要慢慢調(diào)節(jié)。 C． 在之前調(diào)整波形的失真度時(shí)，用失真分析儀測(cè)得的失真度特別大，后來(lái)才知道是因?yàn)槭褂梅椒ú划?dāng)造成的，所以在使用之間要仔細(xì)了解其使用方法，一面造成錯(cuò)誤。 2、 建議或其它 完本錢(qián)次設(shè)計(jì)的方案比擬靈活，比如運(yùn)用555定時(shí)器、ICL8038等集成電路，或者運(yùn)用RC橋式振蕩電路等運(yùn)算放大器的電路都可以實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的任務(wù)，因此，在選取設(shè)計(jì)方案的時(shí)候難度較大，因此需要平衡方案的實(shí)施難度與電路本身的性能指標(biāo)之間的關(guān)系，雖然我們可以自由選擇方案，但是由于自身的不足，很難很好的做出取舍。如果對(duì)于方案的利弊有了一定的認(rèn)識(shí)，那么我相信本次設(shè)計(jì)的結(jié)果一定會(huì)更好。