矩形波 三角波發(fā)生器

1、（封面）天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目:矩形波、三角波發(fā)生器姓名： 薄一慧 學(xué)號(hào)： 12050095 系別： 電子信息工程系 專業(yè)班級(jí)：通信工程2班開(kāi)始日期：2014年6月9日 完成日期：2014年6月20日指導(dǎo)教師： 彭利標(biāo) 成績(jī)?cè)u(píng)定等級(jí) 天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書系別：電子信息工程系 班級(jí)：12 通信工程2班 姓名：薄一慧 學(xué)號(hào)：12050095課程名稱電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目集成運(yùn)放的應(yīng)用 設(shè)計(jì)任務(wù)描述及基本要求一、任務(wù)描述本次課程設(shè)計(jì)是要求做一個(gè)能夠產(chǎn)生方波-三角波-正弦波的函數(shù)發(fā)生器。眾所周知,制作函數(shù)發(fā)生器的電路有很多種。本次設(shè)計(jì)采用的電路是基于運(yùn)放的

2、試驗(yàn)電路。由理論分析知,電壓比較器可以產(chǎn)生方波,積分電路可以產(chǎn)生三角波,三角波再經(jīng)過(guò)差動(dòng)放大器可以產(chǎn)生正弦波。向電壓比較器輸入三角波就可以產(chǎn)生方波,于是可以將積分電路的輸出作為電壓比較器的輸入。各種波形頻率段的調(diào)整可以由外電路的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)。二、基本要求1、輸入信號(hào)源為200HZ的方波2、設(shè)計(jì)一個(gè)三角波、方波產(chǎn)生電路3、振蕩頻率110HZ可調(diào)4、方波幅度±6V5、三角波幅度±4V 任務(wù)下達(dá)時(shí)間 年月日設(shè)計(jì)完成時(shí)間 年 月 日主要參考材料1、童詩(shī)白、華成英模擬電子基礎(chǔ)高等教育出版社2、王立欣、陽(yáng)春玲電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社3、陶桓奇、張小華、彭其勝模擬電子技

3、術(shù)華中科技大學(xué)出版社輔導(dǎo)老師姓 名彭利標(biāo)教研室意 見(jiàn) 年 月 日本表附在課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書的目錄之后。天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表系別：電子信息工程系 班級(jí)：12 通信工程2班 姓名：薄一慧 學(xué)號(hào)：12050095評(píng)分項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)權(quán)值實(shí)際得分評(píng)價(jià)內(nèi)容優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)（各教學(xué)單位制定標(biāo)準(zhǔn)）設(shè)計(jì)選題10說(shuō)明書（論文）質(zhì)量30獨(dú)立工作能力及設(shè)計(jì)期間的表現(xiàn)40回答問(wèn)題情況10特色與綜合素質(zhì)10指導(dǎo)老師得分合計(jì)本表附在課程設(shè)計(jì)任務(wù)書之后。 目 錄 一、設(shè)計(jì)意義 41.1、任務(wù) 41.2、完成措施 4二、設(shè)計(jì)方案比較 42.1、方波-三角波的產(chǎn)生方案 4(1)滯回電壓比較器 4(2)方波三角波發(fā)生器 72

4、.2、方波-三角波的產(chǎn)生方案二 8 (1)由集成運(yùn)放構(gòu)成的三角波方波發(fā)生器原理圖 8(2)由集成運(yùn)放構(gòu)成的三角波方波發(fā)生器輸出波形 8三、電路組成框 103.1、方波-三角波發(fā)生電路組成框圖 103.2、方波形成的工作原理 10四、電路原理圖 124.1、方波-三角波發(fā)生器的電路原理圖124.2、方波-三角波發(fā)生器的元件清單 12五、組裝及技術(shù)指標(biāo)及仿真 135.1 、輸出方波的仿真 13六、總結(jié) 14一、設(shè)計(jì)意義眾所周知,制作函數(shù)發(fā)生器的電路有很多種。本次設(shè)計(jì)采用的電路是基于運(yùn)放的試驗(yàn)電路。由理論分析知,電壓比較器可以產(chǎn)生方波,積分電路可以產(chǎn)生三角波,三角波再經(jīng)過(guò)差動(dòng)放大器可以產(chǎn)生正弦波。向

5、電壓比較器輸入三角波就可以產(chǎn)生方波,于是可以將積分電路的輸出作為電壓比較器的輸入。各種波形頻率段的調(diào)整可以由外電路的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)。它的成本不高，電路簡(jiǎn)單，使用方便，有效地節(jié)省了人力，物力資源，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。波形發(fā)生器廣泛的用于各大院校和科研場(chǎng)所。隨著科學(xué)的進(jìn)步，生活會(huì)的進(jìn)步，、社會(huì)的發(fā)展，單一的波形發(fā)生器已經(jīng)不能滿足人們的要求，而臥們?cè)O(shè)計(jì)的正式多種的波形發(fā)生器，本實(shí)驗(yàn)運(yùn)放來(lái)組成積分電路，滯回電壓比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)三角波、方波的輸出。本次課程設(shè)計(jì)是要求做一個(gè)能夠產(chǎn)生方波-三角波-正弦波的函數(shù)發(fā)生器。1.1、任務(wù)1、首先要三角波的輸出。最后進(jìn)行方波和三角波的同時(shí)輸出。3、對(duì)電路圖分進(jìn)行析設(shè)計(jì)好信號(hào)發(fā)

6、生器的原理圖，進(jìn)行方波的產(chǎn)生。2、然后再器原理并進(jìn)行實(shí)際的操作。1.2、完成措施利用Multisim進(jìn)行仿真。二、設(shè)計(jì)方案比較本設(shè)計(jì)選兩個(gè)方案進(jìn)行比較，如下：2.1方波-三角波的產(chǎn)生方案一（1）、 滯回電壓比較器圖2-1為一種滯回電壓比較器電路，雙穩(wěn)壓管用于輸出電壓限幅，R3起限流作用，R2和R1構(gòu)成正反饋，運(yùn)算放大器當(dāng)up>un時(shí)工作在正飽和區(qū)，而當(dāng)un>up時(shí)工作在負(fù)飽和區(qū)。從電路結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)輸入電壓uin小于某一負(fù)值電壓時(shí)，輸出電壓uo= -UZ；當(dāng)輸入電壓uin大于某一電壓時(shí)，uo= +UZ。運(yùn)算放大器在兩個(gè)飽和區(qū)翻轉(zhuǎn)時(shí)up=un=0，由此可確定出翻轉(zhuǎn)時(shí)的輸入電壓。up用u

7、in和uo表示，有根據(jù)翻轉(zhuǎn)條件，令上式右方為零，得此時(shí)的輸入電壓：Uth稱為閾值電壓。滯回電壓比較器的直流傳遞特性如圖2-2所示。設(shè)輸入電壓初始值小于-Uth，此時(shí)uo= -UZ ；增大uin，當(dāng)uin=Uth時(shí)，運(yùn)放輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入正飽和區(qū)。如果初始時(shí)刻運(yùn)放工作在正飽和區(qū)，減小uin ，當(dāng)uin= -Uth時(shí)，運(yùn)放則開(kāi)始進(jìn)入負(fù)飽和區(qū)。 圖2-1 滯回電壓比較器 圖2-2 滯回電壓比較器的直流傳遞特性 如果給圖2-1所示電路輸入三角波電壓，其幅值大于Uth ，設(shè)t = 0時(shí)，uo= -UZ ，其輸出波形如圖2-3所示?？梢?jiàn)，輸出為方波。 圖2-3 輸入為三角波時(shí)滯回電壓比較器的輸出波形（2）

8、、 方波三角波發(fā)生器：給圖2-1所示的滯回電壓比較器級(jí)聯(lián)一積分器，再將積分器的輸出作為比較器的輸入，如圖2-4所示。由于積分器可將方波變?yōu)槿遣?，而比較器的輸入又正好為三角波，因此可定性判斷出，圖2-4電路的輸出電壓uo1為方波，uo2為三角波，如圖2-5所示。下面分析其振蕩周期。圖2-4 方波三角波發(fā)生器積分器輸出電壓從-Uth增加到+Uth所需的時(shí)間為振蕩周期T的一半，由積分器關(guān)系式振蕩頻率則為方波-三角波發(fā)生器輸出的波形則如下圖2-5所示. 圖2-5方波-三角波發(fā)生器輸出的波形 2.2、方波-三角波產(chǎn)生的方案二 （1）、由集成運(yùn)放構(gòu)成的三角波方波發(fā)生器原理圖在圖2-7所示的電路中，第一級(jí)

9、A1組成遲滯電壓比較器，輸出電壓uo1為對(duì)稱的方波信號(hào)。第二級(jí)A2組成積分器，輸出電壓u。為三角波信號(hào)。設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為Uz，則電壓比較器輸出的高電平為+Uz，低電平為Uz，由圖2-7可得，A1同相端的電壓為：由于此電壓比較器的u=0，令u0，則可求得電壓比較器翻轉(zhuǎn)時(shí)的上、下門限電位則門限寬度為： 圖2-7 由集成運(yùn)放構(gòu)成的三角波方波發(fā)生器原理圖（2）、由集成運(yùn)放構(gòu)成的三角波方波發(fā)生器輸出波形圖2-8 由集成運(yùn)放構(gòu)成的三角波-方波發(fā)生器輸出波形在圖2-7所示的電路中，第一級(jí)A1組成遲滯電壓比較器，輸出電壓uo1為對(duì)稱的方波信號(hào)。第二級(jí)A2組成積分器，輸出電壓u。為三角波信號(hào)。設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值

10、為Uz，則電壓比較器輸出的高電平為+Uz，低電平為Uz，由圖2-7可得，A1同相端的電壓為：由于此電壓比較器的u=0，令u0，則可求得電壓比較器翻轉(zhuǎn)時(shí)的上、下門限電位則門限寬度為： 比較器輸出±Uz經(jīng)電位器RP分壓后，加到積分器的反相輸人端。設(shè)分壓系數(shù)為n，則積分器輸入電壓為±nUz，反相積分器的輸出電壓為：方波和三角波的周期為：方波和三角波的頻率為：結(jié)論：由以分析可知，改變Uz可改變輸由電壓u01,U0的幅度改變R1/R2的比值，可改方波、三角波的周期或頻率，同時(shí)影響三角波輸出電壓的幅度，但不影響方波輸出電壓的幅度；改變而和RC，可改變頻率，而不影響輸出電壓的幅度。 根據(jù)

11、上述比較的兩種方案中第一種方案的滯回比較器與積分器的級(jí)聯(lián)操作更加簡(jiǎn)單所以選擇方案一。三、電路組成框圖結(jié)合設(shè)計(jì)原理畫出組成框圖如下所示：3.1、方波-三角波發(fā)生電路組成框圖由RC振蕩電路比較電路出現(xiàn)方波的產(chǎn)生，方波產(chǎn)生后積分電路出現(xiàn)三角波產(chǎn)生，框圖如下：3-1 方波-三角波發(fā)生電路組成框圖3.2、方波形成的工作原理 圖3-2 方波形成原理圖 圖3-2 滯回電壓比較器的直流傳遞特性因?yàn)榉讲妷褐挥袃煞N狀態(tài)，不是高電平、就是低電平。所以電壓比較器是它的重要組成部分。它由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)RC充、放電實(shí)現(xiàn)使輸出狀態(tài)自動(dòng)地相互轉(zhuǎn)換。四、電路原

12、理圖畫出原理圖并列出原件清單并說(shuō)明。4.1方波-三角波發(fā)生器的電路原理圖如圖4-1所示 圖4-1 方波-三角波發(fā)生器原理圖積分器輸出電壓從-Uth增加到+Uth所需的時(shí)間為振蕩周期T的一半，由積分器關(guān)系式：振蕩頻率則為4.2方波-三角波發(fā)生器的元件清單 方波-三角波發(fā)生器的元件清單想請(qǐng)如表一所示，有電容、uA741、電阻、雙向穩(wěn)壓二極管組成。表1 元件清單元件名稱數(shù)量 元件的作用 電容1充電、放電整流、振蕩的作用uA741 2 1和5為偏置（調(diào)零端）2為正向輸入端3為反向輸入端4為接地6為輸出7為接電源8為空腳電阻 4 有限流、分壓的作用雙向穩(wěn)壓二極管1正反兩個(gè)方向均可擊穿穩(wěn)壓. 當(dāng)穩(wěn)壓管擊穿

13、輸出恒定;五、組裝及技術(shù)指標(biāo)測(cè)試運(yùn)用電路仿真元件仿真，從元件庫(kù)中調(diào)出所需原件，按照原理圖連接好。由于電壓比較器與積分器組成正反饋閉環(huán)電路，同時(shí)輸出方波與三角波，故這兩個(gè)單元電路可以同時(shí)安裝。如果電路接線正確，則在接通電源后，比較器的輸出VO1為方波，積分器的輸出VO2為三角波。然后的到的仿真圖如下圖5-1所示。 圖5-1方波與三角波發(fā)生器的仿真波形誤差分析: 仿真軟件的元器件值不可能絕對(duì)的精確造成仿真結(jié)果會(huì)有一定的非可見(jiàn)誤差，另外參數(shù)的設(shè)置問(wèn)題以及小數(shù)點(diǎn)的取舍都是影響結(jié)果的因素，而且人眼觀察也是有一定的誤差的，因此仿真結(jié)果會(huì)與理論值有一定差別也是可以允許的。六、總結(jié)在這次試驗(yàn)中，讓我深刻的感受到我所學(xué)知識(shí)的不足，設(shè)計(jì)一個(gè)很完整的電路，需要不斷的嘗試摸索，這在很大程度上提高了我考慮問(wèn)題的全面性。設(shè)計(jì)完整的電路，還要考慮到它什么功能需要什么電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，還要考慮它的可行性，實(shí)