模電課程設(shè)計林紅(恢復(fù))

1、 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計報告題目名稱: 設(shè)計制作一個產(chǎn)生方波三角波正弦 波函數(shù)轉(zhuǎn)換器專 業(yè): 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級: 12級2班 姓 名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)老師: 電子通信與物理學(xué)院日 期: 2014 年 6 月 18 日教師評語： 指導(dǎo)老師： 成績：題目：設(shè)計制作一個產(chǎn)生方波三角波正弦波函數(shù)轉(zhuǎn)換器。設(shè)計任務(wù)和要求     輸出波形頻率范圍為0.2KHz20kHz且連續(xù)可調(diào)；     正弦波幅值為±2V，；     方波幅值為2V；   

2、60;  三角波峰-峰值為2V，占空比可調(diào)； 用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計電路所需的正負(fù)直流電源（±12V）正文：信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產(chǎn)實踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形,如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。函數(shù)信號發(fā)生器在電路實驗和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號或脈沖信號運載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬

3、火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。 一、設(shè)計框圖電源電路方波-三角波轉(zhuǎn)換電路三角波-弦波轉(zhuǎn)換電路 組合設(shè)計總電路二、設(shè)計原理1直流電源在電子電路及設(shè)備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。頻率為50Hz、電壓為220V的單向交流市電經(jīng)電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓其方框圖如下圖所示，下面就各部分的功能加以介紹。穩(wěn)壓電路濾波電路整 流電路電源變壓器220V市電 首先，市電220V不能夠?qū)Υ蟛糠值碾娮与娐芳半娮釉O(shè)備直接供電，需用變壓器將220V電壓降壓。對于變壓器，功能主要有三個：傳交隔直、交流電壓變化、阻抗變換。選擇合適的匝數(shù)比，將

4、220V，交流電轉(zhuǎn)化為合適的電壓值，實現(xiàn)降壓的過程。 其次，對低電壓的交流電進(jìn)行整流，本設(shè)計采用了橋式全波整流，與半波整流相比，全波整流最大的特點是充分利用了正負(fù)半周的信號。橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦?，將四個二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，四只整流二極管接成電橋形式，故稱橋式整流。 在交流電的正半周，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，在負(fù)載RL上得到一半波整流電壓。將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。 再次，整流后，還需利用濾波電路將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。?/p>

5、設(shè)計采用儲能電容濾波從整流全橋輸出的單項脈動電壓信號在上升段給電容充電，下降時電容向負(fù)載放電從而使電壓不會馬上掉下來，相當(dāng)于濾波后輸出了一個直流電壓信號。電容容量越大，所儲存的能量越多，在整流信號下降時給負(fù)載提供的能量越多，所以濾波之后的波形較為平緩，電源的質(zhì)量就越好。最后，雖然整流濾波電路能將交流電壓變?yōu)楸容^平滑的直流電壓，但是一方面，由于輸出電壓平均值取決于變壓器副邊電壓有效值，所以當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時，輸出電壓平均值將隨之產(chǎn)生相應(yīng)的波動：另一方面，由于整流濾波電路電阻的存在，當(dāng)負(fù)載變化時，內(nèi)阻上的電壓隨之變化，于是輸出電壓平均值也將隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。為穩(wěn)定輸出電壓，要對輸出的電流進(jìn)行穩(wěn)壓，

6、穩(wěn)壓方式有多種：穩(wěn)壓二極管建議穩(wěn)壓、設(shè)計跟隨器穩(wěn)壓、集成電路穩(wěn)壓等，本次設(shè)計采用集成電路LM117穩(wěn)壓，把電源的正極接入LM117的輸入腳，117的地腳同橋的地腳相連，117輸出腳和它的地腳這兩點就是輸出12V的正極和負(fù)極。2波形產(chǎn)生及轉(zhuǎn)換產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊?。本文采用電壓比較器先產(chǎn)生方波，積分運算產(chǎn)生三角波，再通過差分放大電路將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計方法，本文中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示： 差 分 放 大電 路積

7、分 運 算電 路電 壓 滯 回比 較 器【1】 方波發(fā)生電路的工作原理此電路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、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+Ut，Uo通過電阻對電容正向充電。反相輸入端電位Un隨時間t的增長而逐漸增高，當(dāng)t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過電阻對電容C反向充電。Un隨時間逐漸增長而減低，當(dāng)t趨于無窮大時，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍

8、變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開始正相充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩?！?】 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理運放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，R1稱為平衡電阻。比較器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負(fù)電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 當(dāng)比較器的U+=U-=0時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。設(shè)Uo1=+Vcc,則 將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia-為 若Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為 比較器的門限寬度后一部分反相積

9、分器，其輸入信號為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為時，時，可見積分器的輸入為方波時，輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波?！?】 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理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，可以有效的抑制零點漂移，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。分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為：式中差分放大器的恒定電流；溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時，UT26mV。如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為式中Um三角波的幅度； T三角波的周期?！?】總電路圖 將直流電源及各模塊連接成總的電路圖如下：

10、三、電路仿真結(jié)果12V直流電源仿真結(jié)果：方波產(chǎn)生：輸出三角波：輸出正弦波：四、儀器儀表清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量A7412R10K1R2K1R1K3R10K5R50K2雙聯(lián)通滑阻器50K3500 K2R100K2D2N2222A4發(fā)光二極管2C470uF5C1uF4C800pF2C3.3mF5三端穩(wěn)壓管LM7812CT1五、心得體會在為期近一個月的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，期間的學(xué)習(xí)、設(shè)計、及電路搭建過程中我感觸頗深，使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、搭建方法；以及如何提高電路的性能等等。通過該實驗，我對RC振蕩電路，滯回比較器，反向積分運算電路有了更進(jìn)一步的了解，將課本上所學(xué)的抽象的理論知識運用于實驗中，并加強了我的動手能力在做RC振蕩電路的實驗中，波形產(chǎn)生了交越失真，沒有很好的達(dá)到要求。讓我了解最深的是，對方波產(chǎn)生電路，如果用單限比較器，輸入電壓在閾值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的變化，即其抗干擾能力差，所以我選擇用滯回比較器，它使輸出方波更理想。在實驗過程中，我遇到了不少的問題。比如：波形失真，甚至不出波形這樣的問題。在