课程设计制作一个产生方波三角波正弦波函数转换器.docx
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课程设计制作一个产生方波三角波正弦波函数转换器
模拟电路课程设计报告
设计课题：
设计制作一个产生方波－三角波－正弦波函数转换器
专业班级：
09电气技术教育
学生姓名：
***
学 号：
*********
*******
设计时间：
2011年1月1日
题目：
设计制作一个产生方波－三角波－正弦波
函数转换器
一，设计任务和要求
① 输出波形频率范围为0.2KHz~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 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）。
二、方案设计与论证
本设计要求产生三种不同的波形分别为正弦波\方波\三角波。
实现该要求有多种方案，如先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波转换成三角波；也可以先产生三角波——方波，再将三角波变换成正弦波或将方波变换成正弦波。
但该课程设计采用方波——三角波——正弦波，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，正弦波可以通过RC振荡电路产生。
方案一、
1直流电源部分
以下电路可把220V的交流电变成15V的直流电
把220V的交流电变成15V的直流电路图
㈡、波形产生部分
设计一个产生方波—三角波—正弦波函数转换器包括由滞回比较器和RC电路组成的方波三角波发生器电路如下：
方波——三角波
方波转换成三角波电路图
三角波——正弦波
三角波转换成正弦波电路图
方案二
直流电源部分及方波-三角波发生电路同上，三角波变为正弦波电路用折线法电路。
电路图如下：
方案二产生方波、三角波、正弦波电路图
方案论证：
我选的是第一个方案，上述两个方案均可以产生三种波形。
方案二的电路过多焊接部方便而且这样浪费了很多元器件，但是方案的在调节的时候
比较方便可以很快的调节出波形。
方案一电路简洁利于焊接可以节省元器件，但是在调节波形的时候会比较费力，由于整个电路时一起的只要调节前面部分就会
影响后面的波形。
三、单元电路设计与参数计算
1、直流电源的参数设计
提供的是220V的交流电源要变为15V直流电变压器用220V~15V规格
设计思路
（1）电网供电电压交流220V（有效值）50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。
（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。
（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。
直流稳压电源原理
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，其中：
（1）电源变压器：
是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
（2）整流电路：
利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电压，常用的整流滤波电路有全波整流、桥式整流，此处用的是桥式整流电路。
（3）滤波电路：
可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。
（4）稳压电路：
稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。
整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2所示。
在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。
正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。
整流电路
①输出电压平均值UO（AV）和输出电流的平均值IO（AV）
②脉动系数
③二极管的选择
每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半。
二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压
对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。
整流用的二极管可用1N4007
电解电容用3300uf
C2和C3可用0.47uf
C4/C5、C7、C8可用1uf
发光二极管上的R用1KΩ
滤波电路
①输出电压平均值
当负载开路时
当RLC＝（3~5）T/2时
考虑电网电压波动，电容的耐压值应满足RC=（3~5）T/2即，应大于
②脉动系数S
稳压电路
若输出电压较高，接一保护二极管D，以保护集成稳压器内部的调整管。
LM7812和LM7912的输出电压分别了正负12伏
C2和C3是用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡，其容量较小一般小于1微法
图中电容C4和C5是用于消除输出电压中高频噪声，可取小于1微法的电容，也可以去几微法或几十微法的电容，一边输出较大的脉冲电流.
2、波形产生电路部分的参数设计
正弦波产生部分要求产生频率范围为0.2KHz~20kHz连续可调的正弦波，
F=Uf\Uo=
整理可得F=
令wo=1/RC,则fo=1/2πRC。
1/2πRC=f取C=0.22uf,
R:
36Ω~3.6KΩ,电位器可选5KΩ，R7=10KΩ。
方波要求幅值为2V，选择的稳压二极管可选用稳压为3.3V的，在稳压二极管两端并联一个5KΩ的电位器。
Up1=
Uo+
Uo1=
Uo
Uz
令Up1=Un1=0V,则阈值电压
UT=
Uz
R1=100KΩ、R2=10KΩ、R3=10KΩ、R4=1KΩ，二极管选用1N4007型号的
C1=220uf、电位器R3=100KΩ。
三角波的占空比要求可调，可在反向输入端和输出端接上二极管和一个电位器（100KΩ），二极管选用1N4007.。
三角波:
+UT=
UZ*
+（-UT）UT=
UZ
经整理可得T=
f=
四、总原理图及元器件清单
1.总原理图
2．元件清单
元件名称
型号
主要参数
数量
单价
万能板
大号
1
2.8
电位器
50K
2
0.8
20K
1
0.5
220
1
0.5
10K
2
0.8
100
1
0.5
电阻
4.7K
2
0.1
2.1K
2
0.1
10K
1
0.1
20K
1
0.1
100
1
0.1
电容
耐压值25V
0.1uf
2
0.2
耐压值25V
470uf
3
0.6
耐压值25V
0.22uf
1
0.2
耐压值50V
3300uf
2
1
耐压值50V
0.47uf
2
0.2
耐压值25V
1uf
2
0.2
二极管
IN4007
耐压值1000V，I=1A
8
0.2
发光二极管
LED
1.5V~2.0V，10mA~20mA
2
0.3
变压器
220V~15V
1
5
三极管
9018
4
0.4
夹子
红、黑
9
0.25
导线
铝线
两M
0.5
芯片
UA741
2
1
LM7812
Uo=12V、Io=100mA
1
1
LM7912
Uo=-12V、Io=100mA
1
1
底座
八脚
2
0.4
保险管
1
0.5
稳压管
BZV55-C6
稳压3.3V
2
0.2
总价
28.6
所需主要仪器设备等实验条件
仪器设备名称
需进入实验室名称
实验材料
双踪示波器
模拟电路
uA741
低频信号发生器
电阻、电容若干
晶体管毫伏表、万用表
万能板
电路板制作工具
变压器等
五、安装与调试
先在电路板上做好布局，然后进行焊接。
焊接好电路到实验室进行调试，初次调试发现电源部分正常，但波形转换部分没有波形出现.检查之后，发现我电路排版比较乱.所以我重新焊接，之后波形马上出来了，达到要求：
占空比可调，频率连续可调，波形幅值可以调到实验要求范围内，调试完成。
六、性能测试与分析
1.电源部分的测试
实验测得：
副边电压U1=16V、U2=-16VU12=32V
整流滤波后的电压U1=21.5VU2=-21.5V
7812输入输出电压U1=21.5VU2=11.8V
7912输入输出电压U1=-21.5VU2=-12V
输出端电压Uo1=11.8VU02=-12V
所测工程理论值绝对误差相对误差
变压器U11516.25%
U2-1516.25%
U1230V26.25%
滤波电压U118V3.516.3%
U2-18V3.516.5%
7812输入U118V3.516.5%
7812输出U112V0.21.7%
7912输入U1-18V3.516.5%
7912输出U112V00
正输出端Uo112V0.21.7%
副输出端U02-12V00
波形测试部分：
1,方波：
测量要求
F32.4HZ—9.3KHZ0.2HZ—20KHZ
测量理论绝对误差相对误差
U2.4格*2V=4.8V4V0.820%
U/2=2.4V
方波三角波的仿真电路图
注：
调节Rw可以实现频率可调.
2,三角波：
测量要求
F34.5HZ—9.0KHZ0.2HZ—20KHZ
测量理论绝对误差相对误差
U1.9格*2V=3.8V4V0.25%
U/2=1.9V
从图中可以看出波形基本正常
3，正弦波：
正弦波的仿真电路图
测量要求
F34.5HZ—6.6KHZ0.2HZ—20KHZ
测量理论绝对误差相对误差
U4.8格*1V=4.8V4V0.820%
U/2=2.4V
从图可看出波形基本正常
误差分析：
1.参数设计不是非常完美；
2测量仪器本身的老化产生的误差；
3焊接电路时焊点处有电阻被忽略，连接的线路也有电阻；
4实验时间过长温度发生变化，使得一些元件的电阻发生变化；
5仪器的不精确导致实验与仿真有所偏差；
6.测量数据时读数产生的误差。
七、结论与心得
1.结论：
其本实验还可以改进，比如三角波转换正弦波的电路可以用一个差分放大电路实现，而且效果更好.还有一个更简单的方案，就是在三角波输出端接BZ319芯片就可以实现波形转换.
通过这次开放性实验，我学会了制作电路，熟练了电路焊接方法以及掌握调试方法与测试参数；同时还提高了我们的动手能力和测试技术能力。
在此次实验中遇到一些困难，比如有一些元器件不能买到，我只能用其他元件代替，或买的与要求的参数稍有偏差，致使好多参数达不到要求。
电位器Rp在调整方波—三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。
若要求输出频率范围较宽，可用C2改变频率的范围，Rp实现频率的微调。
方波的输出幅度约等于电源电压+Vcc.三角波的输出幅度不超过电源电压+Vcc。
电位器Rp1可以实现幅度的微调，但会影响方波—三角波的频率。
2.心得：
在12月份我就开始准备这次实验，因为我知道自己本身基础比较差，有些知识虽然学过，但我没有掌握好，所以为这次实验我要用多一些时间准备。
开始的时候，我是在图书馆查阅资料，接触更多的是谢自美的书籍，我还抄了一些公式和电路图回来研究以及参考。
不幸的是，费尽九牛二虎之力设计好参数，最后却真不出波形，我看到那一条条直线，郁闷极了！
我从新设计好参数，终于把图形仿真出来了，于是乎，我赶紧买材料，材料一到手就开始焊，因为电路图比较复杂，焊起来真的花不少时间，但每一步我都是认认真真焊的。
可是结果却不如我意，到实验室测试的时候，看到两条直线，不论怎么调试，就是不见波形，我检查电路图，没错；检查电路板，也没错！
究竟是哪里错了呢？
我把电路图交给曾老师看，曾老师确定了我电路图的正确，并且给了一些改进的建议。
我采用曾老师的建议修改一下电路，最后转换成正弦波的部分因为买不到BZ319芯片，所以只能用我本来的方案，用9018三极管组合转换。
结果仿真波形稍有误差，但也还可以。
结束这次实验，虽然不是很完美，但自己收获了不少，感谢老师让我们有这样的机会去锻炼。
八、参考文献：
1．童诗白华成英《模拟电子技术基础》高等教育出版社
2．物理与电子信息学院《基础电路实验指导书》
3.谢自美《电子线路设计》
4．毕满清编《电子技术实验与课程设计》机械工业大学出版社
5.李万臣主编．模拟电子技术基础与课程设计.哈尔滨工程大学出版社
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.电子技术基础实验研究与设计》，陈兆仁主编，电子工业出版社
物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表
专业:
电气技术教育班级：
09电气技术教育学号：
090805026姓名：
莫雪莲
课题名称
设计方波—三角波—正弦波的函数转换器
设计任务与要求
① 输出波形频率范围为0.2KHz~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 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：
2010年1月15日
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