方波合成课设报告Word格式文档下载.docx
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其
他
10
工作态度5
答辩5
总分：
指导教师签名：
任务书
设计题目：
方波合成实验电路
学生姓名：
学号：
专业班级：
自动化（4）班
一、设计条件
1．可选元件
（1）选题规定的“可选、限选元件”
（2）电阻、电容、电感、电位器等，按需使用
（3）自备元件
2．可用仪器
万用表，示波器，交流毫伏表，信号发生器，直流稳压电源
二、设计任务及要求
1．设计任务
根据技术要求和已知条件，完成选题电路的设计、装配与调试。
2．设计要求
（1）选题规定的“设计内容和要求”；
（2）选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。
包括：
计算电路元件参数、选择元件、画出总体电路原理图；
（3）用软件仿真整体或部分核心实验电路，得出适当结果；
（4）装配、调试作品，按规定格式写出课程设计报告书。
三、时间安排
1．第11周：
布置设计任务，讲解设计要求、实施计划、设计报告等要求，完成选题。
2．第12～13周：
资料查阅，方案设计，模拟仿真，领取元件，开始实际制作。
3．第14～16周：
分散开展实际制作及调试。
4．第17周：
集中制作与调试，作品检查、评价、验收，撰写设计报告。
5．第18周：
集中检查验收、答辩，提交设计报告。
2012年06月20日
目录
第一章原理及主要元件介绍
一、正弦波振荡电路的原理----------------------------------------------------------------------------------2二、NE5532的介绍--------------------------------------------------------------------------------------------5
LM358的介绍
UA741的介绍
第二章正弦波发生电路
一、两种正弦波发生电路的比较--------------------------------------------------------------------------10
第三章方波合成
一、加法电路--------------------------------------------------------------------------------------------------11
第四章总结
一、实验总结--------------------------------------------------------------------------------------------------12
二、致谢--------------------------------------------------------------------------------------------------------12
三、参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------12
四、附录--------------------------------------------------------------------------------------------------------12
摘要
课程设计的任务是由直流稳压电源供电，由10kHz、30kHz、50kHz正弦波，合成近似方波。
要求：
①方波幅度：
VPP≥5V②失真小。
首先设计制作正弦波发生电路，分别产生10kHz、30kHz、50kHz的正弦波，其次通过反相电路调节产生的正弦波的电压幅度，使其满足要求，然后设计制作移相电路使三个波形的相位一致，最后设计制作加法器将三个正弦波合成近似方波。
方波合成的理论基础是傅立叶级数，法国数学家傅立叶发现，任何周期函数都可以用正弦函数和余弦函数构成的无穷级数来表示，但实际生活中大多数波形都包含谐波频率的能量。
谐波频率能量相较于基波频率能量的比例是依赖于波形的。
傅立叶级数将这种波形数学定义为相对于时间的位移函数。
随着傅立叶级数中计算项的增加，级数会越来越近似于定义复杂信号波形的精确函数。
计算机能够计算出傅立叶级数的数百万个项。
本题就是基于这个原理，去基波、三次谐波、五次谐波进行合成。
谐波之间要满足一定相位及幅度比例关系，由于我是用三个电路分别产生正弦波，所以要对波形的电压进行调节，使其满足比例要求。
关键词
正弦波产生；
傅立叶级数；
移相；
加法器；
合成方波
第一章原理及主要元件介绍
一、正弦波振荡电路的原理
正弦波振荡电路是在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激震荡而产生正弦波输出电压的电路。
它广泛的用于量测、遥控、通讯、自动控制、热处理和超声波电焊等加工设备中，也作为模拟电子电路的测试信号。
正弦波产生的条件：
为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。
但是，这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反馈的量。
如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。
反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。
为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。
选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。
正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。
正弦波发生电路的组成：
放大电路正反馈网络选频网络稳幅电路
1、RC选频网络
RC串并联网络的电路如图。
RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的
图9-1.02RC串并联网络
阻抗用Z2表示。
其频率响应如下
谐振频率为
f0=
当R1=R2，C1=C2时，谐振角频率和谐振频率分别为：
，
幅频特性
相频特性
当f=f0时的反馈系数
，且与频率f0的大小无关，此时的相角F=0。
即调节谐振频率不会影响反馈系数和相角，在调节频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。
2、电路组成
下图是RC桥式振荡电路的原理电路，这个电路由两部分组成，即放大电路
和选频网络
。
选频网络（即反馈网络）的选频特性已知，在
处，RC串并联反馈网络的
，
，根据振荡平衡条件
和
，可知放大电路的输出与输入之间的相位关系应是同相，放大电路的电压增益不能小于3，即用增益为3（起振时，为使振荡电路能自行建立振荡，
应大于3）的同相比例放大电路即可。
根据这个原理组成的电路如图所示，由于Z1、Z2和R1、Rf正好形成一个四臂电桥，电桥的对角线顶点接到放大电路的两个输入端，因此这种振荡电路常称为RC桥式振荡电路。
RC桥式振荡电路
3、振荡的建立与稳定
由图可知，在
时，经RC反馈网络传输到运放同相端的电压
与
同相，即有
这样，放大电路和由Z1、Z2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，可以满足相位平衡条件，因而有可能振荡。
所谓建立振荡，就是要使电路自激，从而产生持续的振荡。
由于电路中存在噪声，它的频谱分布很广，其中一定包括有
这样一个频率成分。
这种微弱的信号，经过放大器和正反馈网络形成闭环。
由于放大电路的
开始时略大于3，反馈系数
，因而使输出幅度愈来愈大，最后受电路中非线性元件的限制，使振荡幅度自动地稳定下来，此时
，达到
振幅平衡条件。
4、振荡频率与振荡波形
由于集成运放接成同相比例放大电路，它的输出阻抗可视为零，而输入阻抗远比RC串并联网络的阻抗大得多，可忽略不计，因此，振荡频率即为RC串并联网络的
，当适当调整负反馈的强弱，使AV的值略大于3时，其输出波形为正弦波，如AV的值远大于3，则因振幅的增长，致使波形将产生严重的非线性失真。
5、稳幅措施
对于图中所示的电路，调整R1或Rf可以使输出电压达到或接近正弦波。
然而，由于温度、电源电压或者元件参数的变化，将会破坏AVFV=1的条件，使振幅发生变化。
当AVFV增加时，将使输出电压产生非线性失真；
反之，当AVFV减小时，将使输出波形消失（即停振）。
因此，必须采取措施，使输出电压幅度达到稳定。
实现稳幅的方法是使电路的Rf/R1值随输出电压幅度增大而减小。
例如，Rf用一个具有负温度系数的热敏电阻代替，当输出电压
增加使Rf的功耗增大时，热敏电阻Rf减小，放大器的增益
下降，使
的幅值下降。
如果参数选择合适，可使输出电压幅值基本恒定，且波形失真较小。
同理，R1用一具有正温度系数的电阻代替，也可实现稳幅。
二、电路中集成运放的介绍
1、NE5532的有关介绍
NE5532是高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电路。
与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点。
因此很适合应用在高品质和专业音响设备、仪器、控制电路及电话通道放大器。
用作音频放大时音色温暖，保真度高，在上世纪九十年代初的音响界被发烧友们誉为“运放之皇”，至今仍是很多音响发烧友手中必备的运放之一。
1.1、NE5532的引脚图
1.2、NE5532的内部电路图
1.3、NE5532的特点
•小信号带宽：
10MHZ
•输出驱动能力：
600Ω，10V有效值
•输入噪声电压：
5nV/√Hz（典型值）
•直流电压增益：
50000
•交流电压增益：
2200-10KHZ
•功率带宽：
140KHZ
•转换速率：
9V/μs
•大的电源电压范围：
±
3V-±
20V
•单位增益补偿
2、LM358的介绍
LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。
它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
2.1、LM358的引脚图：
2.2、LM358的内部电路图：
3、2.3、LM358的特性
*内部频率补偿。
*直流电压增益高（约100dB）。
*单位增益频带宽（约1MHz）。
*电源电压范围宽：
单电源（3—30V）；
双电源（±
1.5一±
15V）。
*低功耗电流，适合于电池供电。
*低输入偏流。
*低输入失调电压和失调电流。
*共模输入电压范围宽，包括接地。
*差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。
*输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）。
*输入偏置电流45nA
*输入失调电流50nA
*输入失调电压2.9mV
*输入共模电压最大值VCC~1.5V
*共模抑制比80dB
*电源抑制比100dB
3、UA741的介绍
uA741M，uA741I，uA741C（单运放）是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。
这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。
3.1、UA741的引脚图：
3.2、UA741的内部结构电路
一、两种正弦波发生电路的比较
由虚短虚断原理可知流过R1的电流等于流过R5的电流，所以振荡电路的输出电压可以通过下式计算得到：
0.7V／（2R1-R2）=U／3R1其中U是输出电压，0.7V为二极管的导通电压，但是在仿真调试的过程发现改变R1、R2或是R5中的任何一个的阻值都会使输出电压有很大的变化，而且还会对输出的正弦波的频率产生一定影响，是震荡出的正弦波频率和电压都很不稳定，这可能是由于电路本身的不稳定性，但具体是什么原因我也不清楚。
还有一种电路如下图：
通过这个电路产生所需要的频率的正弦波，然后再通过一个反向比例电路调节其电压，得到频率和电压都较稳定的正弦波，由傅立叶级数可知，基波、三次谐波、五次谐波的振幅比为1：
1／3：
1／5，所以在合成方波以前先把他们的幅值分别调为6V、2V、1.2V。
用于调压的反向比例运算电路如下：
通过调节R3的阻值可以的到需要的电压值，电路中输出电压与输入电压之比就等于R3与R2的阻值之比，通过这两个电路就可以的到电压频率都比较稳定的正弦波。
经过比较，我选择了第二个电路。
一、加法电路
当多个输入信号同时作用于集成运放的同相输入端时，就构成同相求和运算电路。
如下图：
利用迭加原理求出
及
（
）
当两输入端外电路平衡时，有
当
时，
实现信号相加，且同相。
第四章总结
一、实验总结
本设计主要讲述了合成信号发生起器的工作原理和工作过程，突出了合成信号发生器的基本电路的组成单元及这些单元如何实现信号合成。
结合本设计的内容，指出看单元电路的设计方法和意义。
在这次设计中遇到了很多实际的问题。
在实际设计中才发现，书本上的理论知识与实际还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入的了理解，而且要不断的更正以前的错误思维，这才是我们课程设计真正应该学到的东西。
设计中的很多电路我都是借鉴书本上的，但是在电路的调试和衔接时会遇到一些问题，这些问题就需要我们认真的去思考，寻找解决方案，我是设计并不是完美的，实验结果其实并不是很理想，得到的方波也不是很稳定，这跟我选的电路有很大的关系，因为正弦波发生电路本身就存在一定的不稳定性，而且电路中涉及的一些电阻的阻值都需要利用电位器来满足，而在调点位器的时候因为电位器的不稳定也会导致电路的不稳定，实验电路还有待于改进。
二、致谢
这次课程设计我得到了很多帮助，在电路初步设计及仿真的时候同学给我提了很多珍贵的意见，在电路调试出现问题的时候，指导老师----张志俊多次耐心的给我讲解出现问题可能的原因以及解决的办法，还多次耐心的帮我调试电路，在这里我想向张老师及帮助过我的同学表示真挚的感谢
三、参考文献
【1】模拟电子技术第四版童诗白版
【2】信号与线性系统分析第四版吴大正版
【3】电子设计自动化技术：
Multisim10&
Ultiboard10.第二版
【4】运算放大器应用手册.基础知识篇电子工业出版社
【5】
四、附录
附录一：
元器件清单
NE55322只
LM3581只
UA7411只
4148二极管6只
电容1044只
电容1032只
103电位器4只
102电位器2只
302电位器1只
104电位器1只
电阻若干
附录二：
仿真结果
10Khz正弦波：
30Khz的正弦波：
50Khz正弦波：
合成的方波：
附录三：
实验结果
30Khz正弦波：
50Khz的正弦波：
附录四:
实物电路
升级会员 