多種波形發(fā)生器

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學 模擬電子技術(shù)基礎 課程設計（論文）題目：多種波形發(fā)生器院（系）： 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： （簽字）起止時間：課程設計（論文）任務及評語院（系） 教研室：學 號學生姓名專業(yè)班級課程設計題目多種波形發(fā)生器課程設計（論文）任務設計任務：1. 波形的產(chǎn)生及變換電路是應用極為廣泛的電子電路，現(xiàn)設計并制作能產(chǎn)生方波、三角波及正弦波等多種波形信號輸出的波形發(fā)生器。2. 設計電路所需的直流穩(wěn)壓電源。功能要求：1. 輸出的各種波形工作頻率范圍0.02Hz1kHz連續(xù)可調(diào)。2. 正弦波幅值±10V，失真度小于1.5。3. 方波幅值±10V。4. 三

2、角波峰峰值20V；各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)。設計要求：1. 分析設計要求，明確性能指標。構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2.確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、并考慮器件的來源，敲定可行方案。3.設計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。指導教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要隨著不斷進步的計算機技術(shù)和微電子技術(shù)

3、在測量儀器中的應用而形成和發(fā)展起來的一類新型信號源，對于電子學領域的產(chǎn)品，諸如電話、電視、收音機都需要波形發(fā)生器，多種波形發(fā)生器可以說是電子領域最為實際，最為基礎，最為廣泛的器材。這次設計的發(fā)生器主要需要產(chǎn)生正弦波、方波、三角波。本設計的設計方案是把滯回比較器和積分器首尾相接組成一個正反饋閉環(huán)系統(tǒng)，則比較器輸出的方波經(jīng)過積分器可得到三角波。三角波， 正弦波電路的轉(zhuǎn)換可以通過RC電路實現(xiàn)關(guān)鍵詞：信號源；比較器；積分器；RC電路目 錄第1章 多種波形發(fā)生器設計方案論證11.1 多種波形發(fā)生器的設計意義11.2 多種波形發(fā)生器的設計要求及技術(shù)指標11.3 總體設計方案21.4 總體設計方案的框圖2第

4、2章 多種波形發(fā)生器各單元電路設計32.1 方波三角波產(chǎn)生電路32.2 正弦波產(chǎn)生電路42.3 直流穩(wěn)壓電源設計5第3章 多種波形發(fā)生器整體電路設計63.1 整體電路圖及工作原理63.2 電路參數(shù)計算73.3 多種波形發(fā)生器電路仿真8第4章 課程設計總結(jié)10參考文獻11附錄12 第1章 多種波形發(fā)生器設計方案論證1.1多種波形發(fā)生器的設計意義波形發(fā)生器廣泛用于各大院校和科研場所。隨著科技的進步和社會的發(fā)展，單一的波形發(fā)生器已經(jīng)不能滿足人們的需求，波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標準信號和用戶定義信號，具有高精度、可重復性、易操作性、連續(xù)的相位變換和頻率穩(wěn)定性，還可以對頻率、幅值、相移、波形進行動態(tài)及

5、時的控制。利用脈沖數(shù)字電路原理設計了多種波形發(fā)生器，該發(fā)生器通過正弦振蕩器，比較器，組成RC積分電路來分別實現(xiàn)方波、三角波和正弦波的輸出。它的制作成本不高，電路簡單，使用方便，有效的節(jié)省了人力，物力資源，具有實際的應用價值。1.2 多種波形發(fā)生器的設計要求及技術(shù)指標設計要求：設計并制作能產(chǎn)生方波、三角波、正弦波等多種波形信號輸出的波形發(fā)生器設計電路所需要的直流穩(wěn)壓電源。技術(shù)指標：輸出的各種波形工作頻率范圍0.02Hz -1KHz連續(xù)可調(diào)。正弦波幅值±10V，失真度小于1.5%。方波幅值±10V。三角波峰峰值20V，各種輸出波形幅值均為連續(xù)可調(diào)。 1.3總體設計方案方案一 可

6、以用正弦振蕩器產(chǎn)生正弦波輸出，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再用積分電路將方波變換成三角波輸出。方案一結(jié)構(gòu)簡單，具有較好的正弦波和方波信號，要通過積分器電路產(chǎn)生同步的三角波，存在一定的困難，積分電路的積分常數(shù)通常是不變的，而隨著方波信號頻率的改版，積分電路輸出的三角波幅度將同時改變。若想使三角波幅度不變，須同時改變積分時間常數(shù)的大小。 圖1.1方案1設計框圖方案二 可以先用比較器產(chǎn)生方波輸出，方波經(jīng)積分電路可得到三角波輸出，利用RC回路將三角波變換成正弦波輸出。該電路方波 三角波產(chǎn)生電路視為一體，因為比較器A1與積分器A2組成正反饋閉電路。集成運放構(gòu)成電壓比較器，輸出方波信號，運放構(gòu)成積

7、分器，將方波變換成三角波輸出。三角波 正弦波電路的轉(zhuǎn)換可以通過RC回路來實現(xiàn)，而且實際效果要優(yōu)于理論。 圖1.2方案2設計框圖因此考慮到題目要求與整體的設計思路選擇了方案2.總體設計方案框圖 圖1.3總體設計方案框圖 第2章 多種波形發(fā)生器各單元電路設計21方波三角波產(chǎn)生電路如圖2.1所示，電路能自動產(chǎn)生方波三角波。電路工作原理如下：若a 點斷開，整個電路成開環(huán)態(tài)。運算放大器A1 與R1，R2 及R3，Rp1 組成電壓比較器，R1 稱為平衡電阻，C1 稱為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運放的反相端接基準電壓，即V-=0，同相端接輸入電壓Via。比較器的輸出Vo1 的高電平近似等于平電源電壓+V

8、cc，低電平近似等于負電源電壓-Vee，當比較器的V+=V-=0 時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1 從高電平+Vcc跳到低電平-Vee，或從低電平-Vee 跳到高電平+Vcc。 圖2.1方波三角波產(chǎn)生電路2. 2正弦波產(chǎn)生電路三角波-正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。其中Rp1 調(diào)節(jié)三角波的幅度，Rp2 調(diào)整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻RE2 用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容C1、C2、C3 為隔直電容

9、，C4 為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。圖2.2正弦波產(chǎn)生電路2. 3直流穩(wěn)壓電源設計直流穩(wěn)壓電源是提供直流電壓的電源設備，由電源變壓器，整流，濾波，和穩(wěn)壓電路四部分組成，圖示為由分立元件組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的電路圖，其整流部分為單相橋式整流電路，濾波部分為電容濾波電路，穩(wěn)壓部分為串聯(lián)穩(wěn)壓電路. 對輸入電壓的要求，輸入電壓的選取原則是，在最壞的條件下仍能保證調(diào)整管處于放大狀態(tài)，不能飽和. 對調(diào)整管的要求，晶體管的額定電流Icm應大于輸出電流.晶體管的耐壓應高于輸入電壓，晶體管的最大允許耗散功率應大于調(diào)整管集電極最大功率。1）電源變壓器將電網(wǎng)交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷?，一般次?/p>

10、電壓u2 較小。2）整流電路將變壓器次級交流電壓u2 變成單向的直流電壓u3，它包含直流成份和許多諧波分量。3）濾波電路 濾除脈動電壓u3 中的諧波分量，輸出比較平滑的直流電壓u4。該電壓往往隨電網(wǎng)電壓和負載電流的變化而變化。4）穩(wěn)壓電路 它能在電網(wǎng)電壓和負載電流的變化時，保持輸出直流電壓的穩(wěn)定。它是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標。直流穩(wěn)壓電源如下圖所示，則電路中T1、R1、Dz1 為穩(wěn)壓電源的啟動電路，當輸入電壓為一定時，且高于Dz2 的穩(wěn)定電壓Vz2 時，穩(wěn)壓管兩端電壓Vz2 使T1 導通，整個電路進入正常工作狀態(tài)。輸出電壓的最大電壓和最小電壓分別為因此，輸出電壓

11、的調(diào)節(jié)范圍為9 至18V，符合本實驗要求。圖2.3直流穩(wěn)壓電源設計電路圖第3章 多種波形發(fā)生器整體電路設計3.1整體電路圖及工作原理工作原理：串聯(lián)型穩(wěn)壓電源為運算放大器提供10v 穩(wěn)定電壓。運算放大器A1 與R1、R2 及R3、Rp1 組成電壓比較器，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1 從高電平+Ucc 跳到低電平-Ucc，或從低電平-Ucc 跳到高電平+Ucc，產(chǎn)生方波。運放A2 與R4、Rp2、C 及R5 組成反相積分器，其輸入信號為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2=-1/（R4+Rp2）C2Uo1dt，由分析可得：積分器的輸入為方波時，輸出的是一個上升速率與下降速率相等的三角波。由于電子器件非理想性

12、，使各段折線交界處產(chǎn)生了鈍化效果，實際效果優(yōu)于理論分析。圖3.1多種波形發(fā)生器整體電路圖3.2 電路參數(shù)計算方波三角波轉(zhuǎn)換電路的參數(shù)選擇：1.比較器A1 與積分器A2 的元件參數(shù)計算： 取R2=10k 歐，則R3+Rp1=10k 歐，取R3=5k 歐，Rp1 為5k 歐的電位器。取平衡電阻R1=R2（R3+Rp1）5k 歐。由此方波和三角波的幅值均為±10V。2.由輸出頻率表達式得： 本實驗選有4 個頻率波段：0.021Hz，1Hz10Hz，10Hz100Hz，100Hz1KHz各波段所選電容不同。（1）當0.02Hzf1Hz 時，取C1=100uF，R4+Rp2=125k 歐2.5

13、k 歐，取R4=2.5k 歐取Rp2=150k 歐的電位器（2）當1Hzf10Hz 時，取C1=10uF，R4+Rp2=125k 歐2.5k 歐，取R4=2.5k 歐取Rp2=150k 歐的電位器 (3）當10Hzf100Hz 時，取C2=1uF，R4+Rp2=125k 歐2.5k 歐，取R4=2.5k 歐取Rp2=150k 歐的電位器（4）當100Hzf1kHz 時，取C2=0.1uF，R4+Rp2=125k 歐2.5k 歐，取R4=2.5k 歐取Rp2=150k 歐的電位器,以此實現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4 及Rp2 的取值不變。取平衡電阻R5=10k 歐。3.3 電路的仿真結(jié)果 圖3.2方波

14、三角波輸出波形由上圖可看出比較器和積分器產(chǎn)生的方波與正弦波周期T基本符合設計的要求 圖3.3正弦波輸出波形輸出的正弦波基本符合設計要求。第4章課程設計總結(jié)本設計要求能夠產(chǎn)生多種波形是通過先產(chǎn)生方波、三角波，然后三角波轉(zhuǎn)變?yōu)檎也▽崿F(xiàn)的。將滯回比較器與積分器首尾相連組成閉關(guān)系統(tǒng)，從而產(chǎn)生方波和三角波，在三角波與正弦波轉(zhuǎn)換的電路方面，主要采用折線法。在直流穩(wěn)壓電源這部分，本設計采用了串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源，整個電路包括變壓器將220v 電壓降到我們試驗所需的電壓，然后經(jīng)過整流電路，整流電路通常用單相橋式整流電路、濾波電路常采用無源元件R、L、C 構(gòu)成的不同類型濾波電路。由于本電路為小功率可用電容輸入式濾波電路。穩(wěn)壓電路采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，比較放大單元采用分立三極管組成的差動放大器或者集成運算放大器，可提高電路的穩(wěn)定性。經(jīng)過仿真大部分結(jié)果與預期假設相吻合。 參考文獻1 康華光編著 電子技術(shù)技術(shù)模擬部分 高等教育出版社2006.8 2 魯寶春 主編電子技術(shù)基礎實驗東北大學出版社，2011.8 3 模擬電子技術(shù)基礎（第三版）高教出版社， 20014 張慶雙編，實用電子電路200 例，機械工業(yè)出版社，2004.6 。5 謝自美主編，電路設計·實驗&