太原理工電路CAD課程設(shè)計(jì)-波形發(fā)生器

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電路CAD課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 波 形 發(fā) 生 器 專業(yè)班級(jí)： 電信0703班 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 王瑞成 專心-專注-專業(yè)題目 波形發(fā)生器一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.設(shè)計(jì)要求：使用集成運(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)波形發(fā)生器，產(chǎn)生一個(gè)頻率為fo = 5 kHz的方波，其電壓幅度為+Vs = |Vs| = 14V。同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)頻率為fo = 5kHz的三角波，其幅度為+Vt = |Vt| = 5V。波形發(fā)生器方框圖見圖（圖1）。方波發(fā)生器電路三角波發(fā)生器電路電源電路 波形發(fā)生器方框圖2.設(shè)計(jì)任務(wù)：（1）方波發(fā)生器設(shè)計(jì)；（2）三角波發(fā)生器設(shè)計(jì)；（3）電源電路設(shè)計(jì)。二、方案設(shè)計(jì)波形發(fā)生器一般

2、是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電壓或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的波形發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件（如視頻信號(hào)函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管），也可以采用集成電路（如單片函數(shù)發(fā)生器模塊5G8038）。本次波形發(fā)生器設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生方波和三角波，矩形波發(fā)生電路是其它非正弦發(fā)生電路的基礎(chǔ)，當(dāng)方波電壓加在積分運(yùn)算電路的輸入端是，輸出就獲得三角波電壓。而矩形波電壓只有兩種狀態(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；因?yàn)楫a(chǎn)生振蕩，就要求輸出的兩種狀態(tài)自動(dòng)地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；因?yàn)檩敵鰻顟B(tài)應(yīng)按一定的時(shí)間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期

3、性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時(shí)間。 系統(tǒng)原理框圖如下示：正弦波發(fā)生器過零比較器積 分 器正弦波方 波三角波 模擬電路實(shí)現(xiàn)方案用正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信號(hào)，然后用過零比較器產(chǎn)生方波，再經(jīng)積分電路產(chǎn)生三角波，電路框圖如上示。此電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且有良好的正弦波和方波信號(hào)。但經(jīng)過積分電路產(chǎn)生同步三角波信號(hào)，存在難度。原因是積分器電路的積分時(shí)間常數(shù)是不變的，且隨著方波信號(hào)頻率的改變，積分電路輸出的三角波的幅度同時(shí)改變。若要同時(shí)保持三角波的輸出幅度不變，須同時(shí)改變積分時(shí)間常數(shù)的大小。 系統(tǒng)原理框圖如下示：方波發(fā)生器電路三角波發(fā)生器電路電源電路 波形發(fā)生器方框圖若用運(yùn)放完成，則選定用比較

4、器，比較器器有好多種，比如單限比較器，滯回比較器，窗口比較器等等。雖然單限比較器很靈敏，但是抗干擾能力差。滯回比較器具有滯回特性，即具有慣性，因而也就是具有一定的抗干擾能力。從而選擇滯回比較器。由于本次波形發(fā)生器設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生方波和三角波，矩形波發(fā)生電路是其它非正弦發(fā)生電路的基礎(chǔ)，當(dāng)方波電壓加在積分運(yùn)算電路的輸入端是，輸出就獲得三角波電壓。而矩形波電壓只有兩種狀態(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；因?yàn)楫a(chǎn)生振蕩，就要求輸出的兩種狀態(tài)自動(dòng)地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；因?yàn)檩敵鰻顟B(tài)應(yīng)按一定的時(shí)間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時(shí)

5、間。三、單元電路設(shè)計(jì)1矩形波發(fā)生器電路矩形波發(fā)生電路是其它非正弦發(fā)生電路的基礎(chǔ)，當(dāng)方波電壓加在積分運(yùn)算電路的輸入端是，輸出就獲得三角波電壓。而矩形波電壓只有兩種狀態(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；因?yàn)楫a(chǎn)生振蕩，就要求輸出的兩種狀態(tài)自動(dòng)地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；因?yàn)檩敵鰻顟B(tài)應(yīng)按一定的時(shí)間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時(shí)間。下圖（圖4）是矩形發(fā)生器電路，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RC充，放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。矩形發(fā)生電路原理：將輸出電壓U0經(jīng)過RC積分電

6、路，利用電容的充放電電壓取代外加輸入信號(hào)送入比較器反相端，與同相端上的門限電壓相比較，使比較器的輸出不斷發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而形成高低電平周期性交替的矩形振蕩波形。接通電源的瞬間，電容C的初始電壓為0，電路輸出電壓U0使高電平或者低電平是隨機(jī)的，假設(shè)輸出電壓為高電平U0=+UZ，則運(yùn)放的同相輸入端電位是U+=UT+.(1)u0通過R對(duì)電容C正向充電，使UC增加，當(dāng)UC上升到略大于UT+，比較器輸出電壓發(fā)生反轉(zhuǎn)，U0由+UZ變?yōu)?UZ，同相端的電位U+由UT+變?yōu)閁T-。(2)UC通過T對(duì)電容反向放電，使UC減小，當(dāng)UC減小到略小于UT-，比較器輸出電壓發(fā)生反轉(zhuǎn)，U0由-UZ變?yōu)?UZ，同相端的電位U+

7、由UT-變?yōu)閁T+。2三角形波發(fā)生器電路在方波發(fā)生電路中，當(dāng)滯回比較器的閾值電壓數(shù)值比較小時(shí)，可將電容兩端的電壓看成為近似三角波。但是，一方面這個(gè)三角波的線性度較差，另一方面帶負(fù)載后將使電路的性能產(chǎn)生變化。實(shí)際上，只要將方波電壓作為積分運(yùn)算電路的輸入，在積分運(yùn)算的輸出就得到三角波電壓。如圖（6）所示。 三角波產(chǎn)生電路3電源電路本設(shè)計(jì)還要求有電源電路。 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、輸出電流Io、輸出紋波電壓Uop-p等性能指標(biāo)要求，正確地確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。圖（7）為穩(wěn)壓電源. 輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電源四、

8、單元電路計(jì)算1.頻率計(jì)算公式： 由于R3是可調(diào)電阻，可調(diào)范圍為0100K，所以頻率f的可調(diào)范圍為50050M。當(dāng)可調(diào)電阻R3為10K時(shí)，達(dá)到本次設(shè)計(jì)要求的5KHz。在本次設(shè)計(jì)中，為了滿足負(fù)載的需要，在集成運(yùn)放的輸出端加穩(wěn)壓管限幅電路，從而獲得合適的Ut 。為了產(chǎn)生幅度相同的矩形波，兩個(gè)穩(wěn)壓管的特性必須相同，如圖（6）。本次設(shè)計(jì)采用兩穩(wěn)壓管反向串接，其中穩(wěn)壓電壓為14V，正向?qū)妷簽?.9717V。所以Uz的值為14.9717V。2.幅度的計(jì)算公式：±Ut=±R1Uz/R2Ut=±14.9717V。如果電路圖僅此而已，如下圖（8）所示，則幅度改變的話，頻率就跟著改

9、變。如何使調(diào)頻率和調(diào)幅度不相互影響？ 幅度改變頻率就跟著改變的信號(hào)發(fā)生器 對(duì)應(yīng)圖（8）的信號(hào)發(fā)生器輸出波形可以在輸出端Ut處加一跟隨器，這樣調(diào)頻和調(diào)幅可互不影響。如下圖圖（10）所示： 調(diào)頻和調(diào)幅可互不影響的信號(hào)發(fā)生器 對(duì)應(yīng)圖（10）的調(diào)頻和調(diào)幅可互不影響的信號(hào)發(fā)生器輸出波形這樣調(diào)頻率則調(diào)R3，調(diào)方波幅度則調(diào)R6，調(diào)三角波幅度則調(diào)R7，所以方波輸出幅度的范圍為0V14.9717V，當(dāng)電阻R6為20K*6%=1.2K時(shí)，達(dá)到本次設(shè)計(jì)的要求14V。三角波輸出幅度范圍為0V14.9717V，當(dāng)電阻R7為20K*66%=13.4K時(shí)，達(dá)到本次設(shè)計(jì)的要求5V。五、總原理圖及元器件清單1總原理圖（1）用E

10、WB仿真設(shè)計(jì)a用EWB繪制的電路圖： EWB繪制波形發(fā)生器b用EWB仿真的波形圖 EWB繪制波形發(fā)生器仿真結(jié)果此時(shí)即為設(shè)計(jì)要求的值。（2）用Protel模擬電路a.用Protel繪制的原理圖 用Protel繪制的原理圖 用Protel繪制的原理圖局部截圖b.用Protel繪制的原理圖ERC檢查用Protel繪制的原理圖ERC檢查c.用Protel繪制的原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表 用Protel繪制的原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表（一） 用Protel繪制的原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表（二）用Protel繪制的原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表（三） 用Protel繪制的原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表（四） 用Protel繪制的原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表（五） 用Prot

11、el繪制的原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表（六） 用Protel繪制的原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表（七）d.用Protel繪制的PCB板： 用Protel繪制的原理圖生成PCB板 用Protel繪制的原理圖封裝PCB板（3）元件清單及封裝（表一）表1 波形發(fā)生器電路原理圖中的元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)封裝數(shù)量備注R1RES215kAXIAL0.31R2RES215kAXIAL0.31R4RES210kAXIAL0.31R5RES210kAXIAL0.31R3POT2100kVR21R6POT220kVR21R7POT220kVR21CCAP0.005uFRAD0.41C1CAP100uFRAD0.41C2CAP100uFRAD0.41D1DIODE SCHOTTKYDIODE0.41D2DIODE SCHOTTKYDIODE0.41OPAMP1OPAMPDIP61OPAMP2OPAMPDIP61OPAMP3OPAMPDIP61OPAMP4OPAMPDIP61B1BATTERY14vRAD0.41B2BATTERY14vRAD0.41B3BATTERY14vRAD0.41B4BATTERY14vRAD0.41B5BATTERY14vRAD0.41B6BATTERY14vRAD0.41B7BATTERY14vRAD0.41B8BATTERY14vRAD0.41六、