波形发生器课程设计Word文件下载.docx

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基本指标：

输出频率分别为：

102HZ、103HZ；

输出电压峰峰值VPP≥20V

1.整体电路设计

1）信号发生器:

信号发生器又称信号源或振荡器。

按信号波形可分为正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。

各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波。

通过模拟电子技术设计的波形发生器是一个不需要外加输入信号，靠自身振荡产生信号的电路。

2）电路设计：

整体电路由RC振荡电路，反相输入的滞回比较器和积分电路组成。

理由：

a）矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；

b）产生振荡，就是要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；

c）输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。

RC振荡电路：

即作为延迟环节，又作为反馈电路，通过RC充放电实现输出状态的自动转换。

反相输入的滞回比较器：

矩形波产生的重要组成部分。

积分电路：

将方波变为三角波。

3）整体电路框图：

为实现方波，三角波的输出,先通过RC振荡电路，反相输入的滞回比较器得到方波，方波的输出，是三角波的输入信号。

三角波进入积分电路，得出的波形为所求的三角波。

其电路的整体电路框图如图1所示：

图1

4）单元电路设计及元器件选择

a）方波产生电路

根据本实验的设计电路产生振荡，通过RC电路和滞回比较器时将产生幅值约为12V的方波，因为稳压管选择1N4742A（约12V）。

电压比较电路用于比较模拟输入电压与设定参考电压的大小关系，比较的结果决定输出是高电平还是低电平。

滞回比较器主要用来将信号与零电位进行比较，以决定输出电压。

图3为一种滞回电压比较器电路，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，运算放大器当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大于某一电压时，uo=+UZ。

运算放大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表示，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。

滞回电压比较器的直流传递特性如图4所示。

设输入电压初始值小于-Uth，此时uo=-UZ；

增大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3滞回电压比较器

图4滞回电压比较器的直流传递特性

如果给图3所示电路输入三角波电压，其幅值大于Uth，设t=0时，uo=-UZ，其输出波形如图5所示。

可见，输出为方波。

图5输入为三角波时滞回电压比较器的输出波形

b）．方波—三角波发生电路

给图3所示的滞回电压比较器级联一积分电路，再将积分器的输出作为比较器的输入，如图6所示。

由于积分电路可将方波变为三角波，而比较器的输入又正好为三角波，因此可定性判断出，图6电路的输出电压uo1为方波，uo2为三角波，如图7所示。

图6方波—三角波发生电路

下面分析其振荡周期。

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7方波—三角波发生电路的输出波形

c）元器件选择

1））通用型集成单运放LM741CN

电路所用的运放选用LM741CN,LM741CN的管脚图如图所示，其特点是电压适应范围较宽，可在±

5～±

18V范围内选用；

具有很高的输入共模、差模电压，电压范围分别为±

15V和±

30V；

内含频率补偿和过载、短路保护电路；

可通过外接电位器进行调零.

波形发生器用到得脚位为2.3.4.6.7

脚位2：

INV.INPUT

脚位3：

NON-INV.INPUT

脚位4:

V-

脚位6：

OUTPUT

脚位7：

V+

图2LM741管脚分布

2））稳压二极管

双稳压二极管的稳定电压根据方波幅值选取，由设计要求可取12伏特的稳压二极管,本次试验采用的1N4742A稳压二极管。

3））电阻

电阻R4根据双稳压二极管的最大电流确定,此处可取10k，其他电阻分别有10K电阻，120K电阻和25K电阻。

4））电容

电容C根据振荡频率要求确定，本次实验采用的100nF和10nF两种电容。

5）由

式,令R1=25K,为达到所要求的频率,可求得三组值:

当频率为100HZ时,R2=130KR3=130KC=10nF

当频率为1000HZ时,R2=130KR3=130KC=100nF

7））原件：

元件

数量

LM741H

2

120K电阻

10K电阻

5

104陶瓷电容

1

25K电阻

103陶瓷电容

1N4742A

单刀双掷开关

锡线

若干

8））系统的电路总图:

4、仿真及仿真结果

仿真是通过Multisim软件进行的。

仿真电路测试过程：

仿真频率为100HZ的方波和三角波的波形图:

（幅值足够）

仿真频率为1000HZ的方波和三角波的波形图:

仿真数据表

三角波U1

方波U2

100HZ峰-峰值/V

25.449

25.382

1000HZ峰-峰值/V

25.442

79.295

b．通过闭合开关选择合适的电容使三角波的幅值和方波的频率满足指标要求；

c．观察示波器,波形稳定后记录数据。

设计数据：

方波幅值

输出频率f1

输出频率f2

理论数据

12V

100HZ

1000HZ

仿真数据

12.566V

107HZ

实测数据

11.911V

101HZ

998HZ

6.误差分析：

误差的来源主要有系统误差（固有误差）和偶然误差（随机误差）。

而产生系统误差的原因有：

仪器本身的缺陷、理论公式和测量方法的近似性、环境的改变和个人存在的不良测量习惯等。

系统误差来源有工具误差、装置误差、人身误差、外界误差、方法误差等。

偶然误差主要是某种未知的偶然因素对实验者、仪器、被测物理量的影响而产生的。

本设计中，器件实际测量参数跟理论参数不吻合是引起误差的最大原因。

如电路中的电阻R,它影响了输出电压的大小,如果R取合适值,三角波和方波输出波形不失真,而R出现少许改变的时候,会使输出电压和输出频率出现很大的误差.

7.总结

本设计作品的优点有如下几点：

一.电路只有一个延迟环节,延迟时间短.二.由于积分电路引入了深度电压负反馈,所以在负载电阻相当大的变化范围里,三角波电压几乎不变.

本设计作品的不足之处主要是：

一.方波输出电压小于2Vcc是因为运放输出极有PNP型两种晶体组成复合互补对称电路输出方波时,两管轮流截止或饮和导通,由于导通时输出电阻的影响,使方波输出度小于电源电压值.二.受运放影响,三角波传输特性区线性度差容易引起失真.

以后可能改进的方案：

在电路上加上保护电路,在三角波输出端加上滤波网络改善输出波形.

参考文献

1、童诗白、华成英，《模拟电子技术基础》

2、周誉昌、蒋力立，《电工电子技术实验》

3、互联网相关文献

4.[6]杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计.哈尔滨:

哈尔滨工程大学出版社,2001

[7]康华光．模拟电子技术基础（第五版）．北京：

高等教育出版社，2006

刘泉．通信电子线路（第二版）．武汉：

武汉理工大学出版社，2005

[2]谢自美．电子线路设计·

实验·

测试（第三版）．武汉：

华中科技大学出版社，2006

致谢