波形发生器以及直流稳压电源.docx

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波形发生器以及直流稳压电源

题目名称：

姓名：

班级：

学号：

日期：

电子系统仿真课程设计任务书

适用专业：

电子信息专业

设计周期：

2周

一、设计题目：

信号发生器

（一）

二、设计目的

1、研究正弦波等振荡电路的振荡条件。

2、学习波形产生、变换电路的应用及设计方法以及主要技术指标的测试方法。

三、设计要求及主要技术指标

设计要求：

设计并仿真能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。

1、方案论证，确定总体电路原理方框图。

2、单元电路设计，元器件选择。

3、仿真调试及测量结果。

主要技术指标

1、正弦波信号源：

信号频率范围20Hz～20kHz连续可调；频率稳定度较高。

信号幅度可以在一定范围内连续可调；

2、各种输出波形幅值均连续可调，方波占空比可调；

3、设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出电压的范围。

四、仿真需要的主要电子元器件

1、运算放大电路2、滑线变阻器3、电阻器、电容器等

五、设计报告总结（要求自己独立完成，不允许抄袭）。

1、对所测结果（如：

输出频率的上限和下限，输出电压的范围等）进行全面分析，总结振荡电路的振荡条件、波形稳定等的条件。

2、分析讨论仿真测试中出现的故障及其排除方法。

3、给出完整的电路仿真图。

4、体会与收获。

5、答辩验收。

六、参考文献

1.彭介华．电子技术课程设计指导．北京：

高等教育出版社，2005

2.陈大钦主编．电子技术基础实验—电子电路实验·设计·仿真．北京：

高等教育出版社，2000

3.高吉祥主编．电子技术基础实验与课程设计．北京：

电子工业出版社，2002

4．郑步生.Multisim2001电路设计及仿真入门与应用.电子工业出版社.2002

5．

6．

适用班级：

电子信息专业

一、设计题目：

直流稳压电源

（二）

二、设计目的

1、研究单相桥式整流、电容滤波电路的特性。

2、学习稳压电源的设计方法以及主要技术指标的测试方法。

三、设计要求及主要技术指标

设计要求

1、方案论证，确定总体电路原理方框图。

2、单元电路设计，元器件选择。

3、仿真调试及测量结果。

主要技术指标

1、电网供给的交流电压U1为220V，50HZ。

2、变压器输出电压U2为18V～20V，50HZ。

3、稳压电源输出直流电压可调，且输出电流可扩展。

四、仿真需要的主要电子元器件

1、电源变压器

2、滑线变阻器

3、三端稳压器或晶体三极管等，如：

3DG6（9011），3DG12（9013）

晶体二极管IN4007，稳压管IN4735，电阻器、电容器若干

五、设计报告总结

1、对所测结果（如：

输出电压，最大负载电流，电压输出波形等）进行全面分析，总结桥式整流、电容滤波电路的特点。

2、根据所测数据，计算稳压电路的稳压系数S和输出电阻R0，并进行分析。

3、分析讨论仿真测试中出现的故障及其排除方法。

4、给出完整的电路仿真图。

5、体会与收获。

6、答辩验收。

注：

方案都要求同学们适当考虑如何采取短路保护措施。

六、参考文献

1.彭介华．电子技术课程设计指导．北京：

高等教育出版社，2005

2.陈大钦主编．电子技术基础实验—电子电路实验·设计·仿真．北京：

高等教育出版社，2000

3.高吉祥主编．电子技术基础实验与课程设计．北京：

电子工业出版社，2002

4．郑步生.Multisim2001电路设计及仿真入门与应用.电子工业出版社.2002

正文

（一）波形发生器

一、方案论证与比较

1.1方案提出

方案一：

先利用RC振荡电路产生正弦波，然后再用过零比较器产生方波，最后利用积分电路产生三角波。

方案二：

先用迟滞比较器构成方波产生电路，然后用积分电路产生三角波，最后串联RC振荡电路构成的正弦波发生器。

1.2设计方案的论证和选择

在本次仿真中，我选择了方案一，即正弦波-方波-三角波的产生顺序，我在电路中接入RC振荡电路，其次串联一个稳压电路，以求得到稳定的正弦波（其中，电阻为可调电阻，便于调节正弦波的频率）。

之后串联一个过零比较器，产生方波，在此电路中，我同样接入一个稳压电路，得到稳定的方波，最后通过一个简单的积分电路，产生方波。

此电路结构较为简单，所用器件也比较简单易操作，可行性较强，性能可靠，成本合理，符合此次设计要求的最优方案。

二、系统的功能及设计框图

2.1系统的全部功能、要求及技术指标。

设计要求：

设计并仿真能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。

1、方案论证，确定总体电路原理方框图。

2、单元电路设计，元器件选择。

3、仿真调试及测量结果。

主要技术指标

1、正弦波信号源：

信号频率范围20Hz～20kHz连续可调；频率稳定度较高。

信号幅度可以在一定范围内连续可调；

2、各种输出波形幅值均连续可调，方波占空比可调；

3、设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出电压的范围。

2.2确定设计框图（系统包含的单元电路及结构）和总体设计方案

该电路的总体设计方案是先通过RC振荡电路产生正弦波，再通过过零比较器产生方波，最后，经过积分电路，形成三角波，最终实现多种波形的产生。

2.3单元电路的分析与设计：

各功能模块电路的定性说明以及计算分析。

电路第一部分用于产生稳定，频率可调的正弦波，RC振荡电路直接用于产生正弦波，并且RC振荡电路都采用了可调元件，可调电阻和可调电容，实现了正弦波的频率可调，不过振荡电路产生的波形不稳定不符合标准，需接入稳压电路进行稳压，继而形成稳定可调的正弦波。

电路第二部分用于产生稳定的方波，由于该方波是通过过零比较器产生的，故只能产生特定的方波，不能实现占空比可调，这一点没有达到技术指标。

电路第三部分用于产生稳定的三角波，该部分用了积分电路，形成幅值连续可调的三角波形。

三、系统仿真调试分析

3.1软件仿真原理图

图表1波形发生器电路图

3.2模拟仿真过程

图表2正弦波波形图

该波形图即为RC振荡电路产生的波形后，再经稳压电路稳压过后的正弦波，该正弦波的频率可调，最大可达到2KHZ,最小可达到20HZ，符合稳定，频率可调的正弦波。

图表3方波波形图

该波形图即为经过零比较器产生的方波，由于过零比较器的限制因素，该方波的占空比不可调。

图表4三角波波形图

该图为积分电路产生的三角波形，该三角波形的幅值可调。

3.3各项指标测试

图表5正弦波最小可调频率

RC振荡电路的计算公式为放f=1/2πRC,故将R阻值和C容值调到最大值，就可以得到振荡电路的最小频率25.427HZ。

图表6正弦波最大可调频率

RC振荡电路的计算公式为放f=1/2πRC,故将R阻值和C容值调到最小值，就可以得到振荡电路的最大频率2.539KHZ。

电路第二部分，由过零比较器产生的方波不能实现可调，未能满足技术指标的要求。

四、结语

在本次电子系统仿真实践中，我充分体会到了电路的神奇。

即使是同样的波形，同样的数据，也会产生不同的波形，不同的结果。

在调制正弦波的时候，开始是不能产生波形，之后我多次改变数据，才产生了既不稳定也不标准的正弦波，然后我意识到我还没把稳压电路接入电路，接入稳压电路后，逐渐就形成了稳定的正弦波，并且值得庆幸的是我的正弦波起振很快，没几秒钟就可以开始起振。

正弦波产生电路构建好之后，我接入了一个过零比较器用以产生方波，过零比较器是将输入信号与0V地电压进比较来判定输出是高电平还是低电平，反相输入端输入的过零比较器在输入正弦信号时，在正弦波的正半周时输出为低电平，而在正弦波的负半周时输出为高电平。

这样就把正弦波变成方波了。

一开始电路产生的方波极为不稳定，且波形并不稳定，所以，我在方波产生电路中也接入了一个稳压电路，才形成了稳定的方波。

不过由于过零比较器的限制，该方波不能实现占空比可调。

最后，我在方波发生器之后串联了一个简单的积分电路用于产生三角波形，为了调整三角波，我用了可调电容，不断地调整比例，多次改变数据，最终才得到了稳定的三角波。

经过这次电子系统仿真实践，我对电路又有了更加直观，深刻的认识，一个小小的参数，就可以改变一个电路的结果，可以从正弦波变成方波，自由转换，实在是趣味十足。

还有在实践过程中，同学老师的指导也是极为重要的，同学之间互相帮助，就可以检查出互相的问题所在，（一般对于自己的电路都检查不出错误，但是别人却能一眼就看出来），共同进步。

五、参考文献

1康华光主编，电子技术基础模拟部分第六版.高等教育出版社，2013

2.陈大钦主编．电子技术基础实验—电子电路实验·设计·仿真．北京：

高等教育出版社，2000

3.高吉祥主编．电子技术基础实验与课程设计．北京：

电子工业出版社，2002

4．郑步生.Multisim2001电路设计及仿真入门与应用.电子工业出版社.2002

5．

6．

附录1：

设计中用到的元器件、芯片的外引脚图及引脚功能说明。

1、运算放大电路2、滑线变阻器3、电阻器、电容器等

附录2：

所提出的方案电路图

图表7多种波形发生器电路

附录3：

Multisim仿真软件对所设计电路的仿真结果。

图表8正弦波波形图

图表9方波波形图

图表10三角波波形图

图表11正弦波最小频率图表12正弦波最大频率

说明：

课程设计报告是课程设计工作的总结和提高，课程设计报告应该反映出作者在课程设计过程中所做的主要工作及取得的主要成果，以及作者在课程设计过程中的心得体会。

正文

（二）直流稳压电源

一、方案论证与比较

1.1方案提出

方案一：

220V，50HZ交流电压，经过电源变压器降压，经过单相桥式整流电路整流，再利用电容滤波电路滤波，最后接入含有能隙基准电压源的稳压电路进行稳压，输出稳定的直流电压。

方案二：

交流电网220V的电压经过电源变压器变压，再接入单相桥式整流电路得到脉动的直流电压，通过电感滤波电路滤除纹波，最后接入线性串联反馈式稳压电路稳压，得到稳定的直流电压。

1.2设计方案的论证和选择

在本次仿真实践中，我采用的是方案二。

方案一与方案二的稳压整流部分是相同的，不过在滤波方面我倾向于采用电容滤波。

在电路的最后稳压部分，我选择采用能隙基准稳压电路，因为能隙基准稳压电压具有电压值较低，温度稳定性好的特点，故适用于标准低电压的电源中。

此电路结构较为简单，所用器件也比较简单易操作，可行性较强，性能可靠，成本合理，符合此次设计要求的最优方案。

二、系统的功能及设计框图

2.1系统的全部功能、要求及技术指标。

设计要求

1、方案论证，确定总体电路原理方框图。

2、单元电路设计，元器件选择。

3、仿真调试及测量结果。

主要技术指标

1、电网供给的交流电压U1为220V，50HZ。

2、变压器输出电压U2为18V～20V，50HZ。

3、稳压电源输出直流电压可调，且输出电流可扩展。

2.2确定设计框图（系统包含的单元电路及结构）和总体设计方案

图表13直流稳压电源框图

在该电路图中，先讲220V的交流电接入电路中，然后通过电源变压器进行变压，得到要求的变压器输出电压，然后接入单相桥式整流电路整流，之后接入电容滤波电路滤波，最后接入能隙基准电压源电路稳压，得到稳定的直流电压。

2.3单元电路的分析与设计：

各功能模块电路的定性说明以及计算分析。

直流稳压电源，由四个部分组成，分别是电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路。

电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。

由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。

但这样的电压还随着电网电压波动，负载和温度的变化而变化。

因而在整流，滤波电路之后，还需接稳压电路。

能隙基准电压源电路中，交流电压经过变压、整流、滤波之后，电路中Q1、R2和D2作为稳压电源的启动电路，当输入电压为一定值，且高于D2的稳定电压V2时，稳压管两端电压V2使Q1导通，电路中Q3基极电位Vb建立，整个电路进入正常工作状态。

能隙基准稳压电路的作用是当电网电压波动，负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。

三、系统仿真调试分析

3.1软件仿真原理图

图14直流稳压电源

3.2模拟仿真过程

图表15电源变压波形图

该波形图为交流电网经过变压之后的波形图，电压值已降低，但是波形还没有发生变化，依然是正弦波。

图表16单相桥式整流电路波形图

该波形图为经过整流之后的波形图，如图所示，电压中还含有较大的纹波，所以还需要经过滤波电路加以滤除，才能得到平滑的直流电压。

图表17能隙基准电压源稳压波形

如图所示，该波形图为经过变压、整流、滤波、最后经过稳压得到的稳定的平滑的直流电压，当电网电压波动、负载和温度变化时，依然能够维持输出稳定的直流电压。

3.3各项指标测试

图表18变压器输出电压

图表19稳压最大输出电压图表20稳压最小输出电压

图表21稳压最小输出电流图表22稳压最大输出电流

四、结语

在这次的电子技术基础仿真实践中，我收获了许多东西，不仅有知识方面的，还有生活方面的。

在最开始的时候，在变压器的选择上，我就犯了错误，选择了并不是电源变压器而是一个类似的变压器的器件，导致之后的实践有了一些不可调整的误差，在朋友的检查之下，我换了一个标准的电源变压器。

在整流电路的选择上，我只是选择了简单的单相桥式整流电路，在后来的电路调整中，没有改动过整流电路。

电容滤波电路中的电容容值，我是经过多次调整才确定的，数值太大了就会导致滤波电路的输出波形不明显，基本上是一条直线，并且波形会逐渐的上移，最终移出示波器屏幕，只有当数值足够小才能的到完整的滤波波形，在稳压电路部分，波形从一开始就是一条平稳的直线，于是我多次调整阻值，实现了直流电压可调，且输出电流可扩展。

在此过程中，我意识到，独自完成是必须的，但是朋友的帮助也是很重要的，很多小细节的东西我都不太注意，比如变压器，电容的型号选择，经过朋友的提醒，我适时改过元器件型号，这些细节对于后来整个仿真实践的成功有重要的作用。

五、参考文献

1.彭介华．电子技术课程设计指导．北京：

高等教育出版社，2005

2.陈大钦主编．电子技术基础实验—电子电路实验·设计·仿真．北京：

高等教育出版社，2000

3.高吉祥主编．电子技术基础实验与课程设计．北京：

电子工业出版社，2002

4．郑步生.Multisim2001电路设计及仿真入门与应用.电子工业出版社.2002

5．

6．

附录1：

设计中用到的元器件、芯片的外引脚图及引脚功能说明。

1．变压器2.二极管3..运算放大器4.电容、电阻、三极管等

附录2：

所提出的方案电路图：

图表23方案一直流稳压电源

图表24方案二线性串联反馈式稳压电路

附录3：

Multisim仿真软件对所设计电路的仿真结果。

图表25变压器输出电压波形

图表26整流电路输出波形

图表27稳压电路输出波形

说明：

课程设计报告是课程设计工作的总结和提高，课程设计报告应该反映出作者在课程设计过程中所做的主要工作及取得的主要成果，以及作者在课程设计过程中的心得体会。