方波 三角波波形发生器的设计.docx
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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之答禄夫天创作
时间：
二O二一年七月二十九日
课程设计陈说
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的设计
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、三角波波形发生器的设计
任务与要求
任务：
设计能发生方波、三角波波形信号输出的波形发生器.
1．输出的各种波形工作频率范围0.02Hz～10kHz连续可调；
2．方波幅值10V；
3．三角波峰-峰值20V；各种输出波形幅值均连续可调；
4．设计电路所需的直流电源.
要求：
1.根据设计任务和指标,初选电路；
2.通过调查研究、设计计算,确定电路方案.
开始日期2013.12.13完成日期2013.12.27
2013年12月27日
设计目的……………………………………………4
设计任务和要求……………………………………4
总体设计方案………………………………………5
功能模块设计与分析………………………………10
电路的装置与调试…………………………………14
实验仪器及元器件清单……………………………14
心得体会……………………………………………16
一、设计目的
1.掌握方波—三角波发生电路的设计方法及工作原理；
2.掌握电子系统的一般设计方法；
3.掌握经常使用原件的识别和测试；
4.掌握模拟电路的装置丈量与调试的基本技能；
5.培养实事求是,严谨的工作态度和严肃的工作作风.
二、设计任务和要求
任务：
设计能发生方波、三角波波形信号输出的波形发生器.
1.方波幅值10V；
2.输出的各种波形工作频率范围0.02Hz~10kHz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.设计电路所需的直流电源.
要求：
1.根据设计任务和指标,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1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）发生正弦波输出,其主要特点是采纳RC串-并联网络作为选频和反馈网络,其振荡频率为f0=1/（2
RC）,改变RC的值,可获得分歧频率的正弦信号输出.为了使输出电压稳定,需采纳稳幅办法.用集成运放构成电压比力器,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
方波信号
图中利用滞回比力器的开关作用和具有延时作用的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5G8038组成的多量程、多功能信号发生器.其电路的输出信号频率可以在1Hz以下至几百KHz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、9角高阻输出,也可以通过5G353低阻输出.图中利用滞回比力器的开关作用和具有延时作用的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,不容易于调试,不能很快的获得电路波形.方案三可同时发生方波、三角波,该信号发生器电路简单、本钱昂贵、调整方便.555按时器接成多谐振荡器工作形式,C2为按时电容,C2的充电回路是R2→R3→RP→C2；C2的放电回路是C2→RP→R3→IC的7脚（放电管）.由于R3+RP》R2,所以充电时间常数与放电时间常数近似相等,由IC的3脚输出的是近似对称方波.按图所示元件参数,其频率为1KHZ左右,调节电位器RP可改变振荡器的频率.方波信号经R4、C5积分网络后,输出三角波.三角波再经R5、C6积分网络,输出近似的正弦波.C1是电源滤波电容.发光二极管VD用作电源.方案二把持简便,方案一同方案二比力,对三角波的发生有一定的麻烦,因为题目需要频率为连续可调,但幅度稳定性难以到达要求；方案二由于采纳运算放年夜器组成积分电路,因此可实现恒流充电,使三角波线性年夜为改善.由此,本设计采纳方案二.能在简易环境下获得很清晰的波形.
综上,选择方案二.
四、功能模块设计与分析
1.总电路图设计
2.单位电路图的设计
.滞回电压比力器
图10-1为一种滞回电压比力器电路,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,运算放年夜器当up>un时工作在正饱和区,而当un>up时工作在负饱和区.从电路结构可知,当输入电压uin小于某一负值电压时,输出电压uo=-UZ；当输入电压uin年夜于某一电压时,uo=+UZ.运算放年夜器在两个饱和区翻转时up=un=0,由此可确定出翻转时的输入电压.up用uin和uo暗示,有
根据翻转条件,令上式右方为零,得此时的输入电压
Uth称为阈值电压.滞回电压比力器的直流传递特性如图10-2所示.设输入电压初始值小于-Uth,此时uo=-UZ；增年夜uin,当uin=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uin,当uin=-Uth时,运放则开始进入负饱和区.
图10-1滞回电压比力器图10-2滞回电压比力器的直流传递特性
如果给图10-1所示电路输入三角波电压,其幅值年夜于Uth,设t=0时,uo=-UZ
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力器的输出波形．
.方波——三角波发生器
给图10-1所示的滞回电压比力器级联一积分器,再将积分器的输出作为比力器的输入,如图10-4所示.由于积分器可将方波酿成三角波,而比力器的输入又正好为三角波,因此可定性判断出,图10-4电路的输出电压uo1为方波,uo2为三角波,如图10-5所示.下面分析其振荡周期.
图10-4方波——三角波发生器
积分器输出电压从-Uth增加到+Uth所需的时间为振荡周期T的一半,由积分器关系式
或
注意到
故
振荡频率则为
图10-5方波——三角波发生器的输出波形
3..方波——三角波发生器的设计
1）双稳压二极管的稳定电压根据方波幅值选取,电阻R3根据双稳压二极管的最年夜电流确定.
2）电阻R1和R2根据三角波的幅值确定.
3）电阻R和电容C则根据振荡频率要求确定,电容C的值不宜太年夜,以减小积分误差.
⑷．电源的设计
1）设计思路
直流稳压电压电路设计
要获得正负12伏的电源,首先使用变压器将220伏的交流电酿成合适的值.在通过整流电路,将正弦波酿成较为稳定的直流电压.在通过滤波和稳压电路,最终获得满足要求的直流电路.通过接上负载电阻,满足输出电流的要求.
电路图如下：
图10-6直流电源
2）其相关参数简直定
a）设稳压器输出电压为Uo,变压器副边的输出电压有效值为Ui,因为要保证三端稳压器的功耗不太年夜,所以
VUiUo
V 即当取UiUoV时,满足上述要求,即UiV﹤V 此时,变压器的变动K
b）当电压器副边电压的有效值为V时,其最年夜值为Umax
V
c）题目要求在满载的情况下,取倍工频的半周期,即时间常数
=RC=1/50
2.5=0.05s.经过测试R
18
.所以C=0.05/18=2.8MF.为了增强滤波的效果,选取了2.8MF的电解电容.
d）为了防止自激振荡,在稳压器的输入端并联了一个年夜小为0.33uf的电容.
e）为了消除高频噪声和改善输出的瞬态特性,输出端接了一个1uf的电容.
f）在稳压器两端输出12V电压的情况下,要输出1A的电流,根据欧姆定律,应该串连的电阻年夜小为R=12/1=12
.
五、电路的装置与调试
1.电源的装置与调试
.仿真图式
变压器副边电压波形
图10-7变压器副边电压波形
通过变压器的变压作用,变压器副边获得的有效值为15.4伏的正弦交流电压.
整流后的波形
图10-8整流后的波形
滤波之后的波形
图10-9滤波之后的波形
稳压后的波形（正）
图10-10稳压后的波形（正）
稳压后的波形（负）
图10-11稳压后的波形（负）
输出为正负12伏的直流电源.
图10-12输出为正负12伏的直流电源.
.装置与调试
按图所示查找元件在面包板上装置.
注意规划及元件的正负极.
2.方波——三角波电路的装置与调试
仿真结果
图10-13方波——三角波仿真结果
.装置方波——三角波电路
1.将两块LM324N集成块拔出头具名包板,注意规划.
2.分别把各电阻放入适当的位置,尤其注意电位器的接法.
3.按图接线,注意直流源的正负极及接地端.
.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和R3使峰峰值满足要求.
3.调节滑动变阻器R5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装置.
六、实验仪器及元器件清单
1.方波——三角波电路部份
LM324N 两个
1N4047A两个
电阻（3.3K5K5.1K15K20K）各一个
滑动变阻器（500K）一个
电容（200nf）一个
示波器一个
2.电源部份
变压器（1:
0.07）两个
1B4B42两个
LM7812KCUPC7912各一个
电容（2.7mf330nf1uf）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,使我更加扎实的掌握了有关模拟电子线路方面的知识,在设计过程中虽然遇到了一些问题,但经过一次又一次的思考,一遍又一遍的检查终于找出了原因所在,也流露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验缺乏.过而能改,善莫年夜焉.在课程设计过程中,我们不竭发现毛病,不竭改正,不竭领悟,不竭获龋最终的检测调试环节,自己就是在践行“过而能改,善莫年夜焉”的知行观.在今后社会的发展和学习实践过程中,一定要不懈努力,不能遇到问题就想到要退缩,一定要诲人不倦的发现问题所在,然后一一进行解决,只有这样,才华胜利的做成想做的事,才华在今后的路途上劈荆斩棘,而不是知难而退,那样永远不成能收获胜利,收获喜悦,也永远不成能获得社会及他人对你的认可!
课程设计固然是一门专业课,给我很多专业知识以及专业技能上的提升,同时又是一门讲道课,一门辩思课,给了我许多道,给了我很多思,给了我莫年夜的空间.同时,设计让我感触很深.使我对笼统的理论有了具体的认识.
通过这次课程设计,我了解了电路的连线方法;以及如何提高电路的性能等等,通过查询资料,也了解了波形发生器的构造及原理.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,可以说得是苦多于甜,可是可以学到很多很多的工具,同时不单可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识.
此次设计也让我明白了思路即前途,有什么不懂不明白的处所要及时请教或上网查询,只要认真钻研,动脑思考,入手实践,就没有弄不懂的知识,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、三角波波形发生器的设计
序号
项目内容
满分
得分
1
工作量适中,难易度合理
5
2
态度规矩,能积极、主动介入课程设计；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
20
3
具有一定查阅文献及运用文献资料能力和计算机应用能力
10
4
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的要求
35
5
设计陈说理论依据充沛,数据准确,电路分析正确
10
6
设计陈说内容齐全、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；分析处置科学,条理分明,语言流畅,结构严谨
5
7
设计陈说符号统一、编号齐全；格式、表格、插图等规范准确
10
8
设计陈说有一定篇幅,字符数很多于2500
5
总分
100
指导教师评语：
指导教师签名：
年月日
时间：
二O二一年七月二十九日
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