完成--幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文）題目：題目：幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器院（系）：院（系）： 電子與信息工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學(xué)學(xué) 號：號： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字）起止時間：起止時間： 2014.6.30-2014.7.112014.6.30-2014.7.11 本科生課程設(shè)計（論文）III課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室： 電子信息工程學(xué) 號121806050學(xué)生姓名丁彥升專業(yè)班級電氣（光

2、伏）122班課程設(shè)計（論文）題目幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器課程設(shè)計（論文）任務(wù)設(shè)計參數(shù)：設(shè)計參數(shù)：（1）現(xiàn)設(shè)計并制作能產(chǎn)生鋸齒波波形信號輸出的函數(shù)發(fā)生器。（2）設(shè)計電路所需的直流穩(wěn)壓電源。（3）輸出的波形工作頻率范圍 0.02Hz1kHz 連續(xù)可調(diào)。（3）方波幅值10V，波峰峰值 20V；各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)。設(shè)計要求：設(shè)計要求：1 .分析設(shè)計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，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、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較

3、，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)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。進度計劃第 1 天：集中學(xué)習(xí)；第 2 天：收集資料；第 3 天：方案論證；第 4 天：選擇器件進行單元電路設(shè)計；第 5 天：單元電路設(shè)計及仿真；第 6 天：整體電路設(shè)計并仿真；第 7 天：電路焊接制板；第 8 天：焊接調(diào)試；第 9 天：完善設(shè)計；第10 天：答辯。指導(dǎo)教師評語及成績 平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日本科生課程設(shè)計（論文）IV注

4、：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算本科生課程設(shè)計（論文）V摘 要在我們?nèi)粘Ｉ钪?，以及一些科學(xué)試驗中，鋸齒波視常用的基本測試信號。在無線電通信，測量，自動化控制等技術(shù)領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用者各類型號的信號發(fā)生器。此外，如在示波器，電視機等儀器中，為了視電子按照一定運動規(guī)律，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波發(fā)生器作為實際電路。例如，要在示波器熒光屏上不失真地觀察到被測信號波形，要求在水平偏轉(zhuǎn)板加上隨時間做線性變化的電壓鋸齒波電壓，使電子束沿水平方向勻速搜索熒光屏。而電視機中顯像管熒光屏上的光點，是靠磁場變化進行偏轉(zhuǎn)的，所以需要用鋸齒波電流來控制。因此鋸齒波發(fā)生器是我們在學(xué)習(xí)，

5、科學(xué)研究方面不可缺少的工具。關(guān)鍵字：鋸齒波發(fā)生器；直流穩(wěn)壓電源；遲滯比較本科生課程設(shè)計（論文）VI目 錄第 1 章 緒論 .11.1 鋸齒發(fā)生器概況.11.2 本文研究內(nèi)容 .2第 2 章幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器電路設(shè)計 .32.1 鋸齒波發(fā)生器總體設(shè)計方案 .32.2 具體電路設(shè)計 .42.2.1 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計.42.2.2 遲滯比較器設(shè)計.62.2.3 RC 充放電積分電路電路設(shè)計.72.3 元器件型號選擇 .82.4MULTISIM仿真、數(shù)據(jù)分析 .9第 3 章 課程設(shè)計總結(jié) .13參考文獻 .15元器件清單 .16本科生課程設(shè)計（論文）1第 1 章 緒論1.1 鋸齒發(fā)生器概況

6、在我們?nèi)粘Ｉ钪?，以及一些科學(xué)試驗中，鋸齒波視常用的基本測試信號。在無線電通信，測量，自動化控制等技術(shù)領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用者各類型號的信號發(fā)生器。此外，如在示波器，電視機等儀器中，為了視電子按照一定運動規(guī)律，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波發(fā)生器作為實際電路。例如，要在示波器熒光屏上不失真地觀察到被測信號波形，要求在水平偏轉(zhuǎn)板加上隨時間做線性變化的電壓鋸齒波電壓，使電子束沿水平方向勻速搜索熒光屏。而電視機中顯像管熒光屏上的光點，是靠磁場變化進行偏轉(zhuǎn)的，所以需要用鋸齒波電流來控制。因此鋸齒波發(fā)生器是我們在學(xué)習(xí)，科學(xué)研究方面不可缺少的工具。自六十年代以來，信號發(fā)生器有了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了函數(shù)信號發(fā)生器

7、、掃頻信號發(fā)生器、合成信號發(fā)生器、程控信號發(fā)生器等新種類。各類信號發(fā)生器的主要性能指標也都有了大幅度提高。近年來隨著 GSM、GPRS、3G、BlueTooth乃至 4G 等移動通信以及 LMDS、無線本地環(huán)路等無線接入的發(fā)展，同時加上合成孔徑雷達等現(xiàn)代軍事、國防、航空航天等在技術(shù)上的不斷創(chuàng)新與進步，世界各國非常重視這方面的發(fā)展。 作為一種基本的電子設(shè)備無論是在教學(xué)、科研還是在部隊技術(shù)保障中，都有著廣泛的應(yīng)用，對鋸齒波發(fā)生器進行深入研究，不論時從教學(xué)科研角度，還是從部隊技術(shù)保障服務(wù)角度出發(fā)都有著積極的意義，波形發(fā)生器是電子系統(tǒng)的心臟，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對它的研究越來越來深刻，在各個方面都有它

8、的用武之地。本科生課程設(shè)計（論文）21.2 本文研究內(nèi)容1.分析設(shè)計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，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、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。 3 .設(shè)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(shè)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。根據(jù)本課題要求： 輸出的波形工作頻率范圍 0.02Hz1kHz 連續(xù)可調(diào)； 方波幅值

9、10V。 波峰峰值 20V；各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)。本科生課程設(shè)計（論文）3第 2 章 幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器電路設(shè)計2.1 鋸齒波發(fā)生器總體設(shè)計方案方案（一） 設(shè)計一個集成電路，可以直接對其進行調(diào)頻調(diào)幅。這種的兩側(cè)的性能好，而且使用能力強，工作范圍大。但是這種電路大多采用集成元件，成本較高。并且它的工藝要求較高，焊接等技術(shù)要求都很高。因此不易選擇此類設(shè)計方案。 方案（二） 設(shè)計一個鋸齒波發(fā)生器和一個穩(wěn)壓電源。鋸齒波發(fā)生器電路需要同相輸入遲滯比較器和充電時間常數(shù)不等的積分器構(gòu)成。這種設(shè)計基于電路簡單，性能較為良好，器件選擇靈活，并且器件價格便宜。因此本次設(shè)計選擇此方案。 直流穩(wěn)壓電源鋸

10、齒波發(fā)生器遲滯比較器RC 充放電積分電路圖 2.1 總體方案框圖本科生課程設(shè)計（論文）42.2 具體電路設(shè)計2.2.1 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計 電源變壓器直流穩(wěn)壓電源整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路 圖 2.3 直流穩(wěn)壓電路框圖在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率的穩(wěn)壓電源的組成由電源變壓器，整流電路，濾波電容，穩(wěn)壓電路四部分組成。電源變壓器 由于所需的直流電壓比電網(wǎng)的交流電壓相差較大，因此常利用電源變壓器降壓得到合適的交流電壓進行轉(zhuǎn)換。本電路中考慮到集成穩(wěn)壓器的額定壓差以及輸出電壓為 15V，所以將電網(wǎng)交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷?18V 左右。 整流電路 利用二極管具有單向?qū)?/p>

11、電性，將正負交替的正弦交流電壓整流成單方向的脈動電壓。本電路中采用四個二極管(IN4007)將電壓器次級交流電壓變成單向直流電壓，它包含直流成分和許多諧波成分。 濾波電路 濾波電路的作用是利用儲能元件濾去直流電壓中的交流成分，使輸出電壓趨于平滑，采用電容濾波成本低，輸出電壓平均值較高，但帶載能力差，適用于負載電流較小且在變化不大的場合。采用電感濾波成本比較高，帶載能力強，適用于負載電流較大的場合。在要求較高的場合，可再用復(fù)合濾波電路。本電路中采用兩個電容量不同的電容器組成。小電容過濾掉低頻紋波，大電容過濾掉高頻紋波。從而輸出比較平滑的直流電壓。本科生課程設(shè)計（論文）5 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路的作用

12、使輸入電壓或負載在一定范圍內(nèi)變化時，保證輸出電壓穩(wěn)定。對要求不高的小功率電路，可采用并聯(lián)型硅穩(wěn)壓管穩(wěn)定電路。要求較高時采用串聯(lián)想穩(wěn)壓電路，采用電壓負反饋來使輸出電壓穩(wěn)定。本電路采用簡單的三端集成穩(wěn)壓器 LM7815 和 LM7915，分別輸出 15V 和-15V 電壓。 圖 2.4 直流穩(wěn)壓電源本電路中考慮到集成穩(wěn)壓器的額定壓差以及輸出電壓為 15V，所以將電網(wǎng)交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷?18V 左右。電路中采用四個二極管(IN4007)將電壓器次級交流電壓變成單向直流電壓，它包含直流成分和許多諧波成分。電容器采用兩個電容量不同的組成。小電容過濾掉低頻紋波，大電容過濾掉高頻紋波。從而輸

13、出比較平滑的直流電壓。同時電路采用簡單的三端集成穩(wěn)壓器 LM7815 和 LM7915，分別輸出 15V 和-15V 電壓。本科生課程設(shè)計（論文）62.2.2 遲滯比較器設(shè)計單門限電壓比較器雖然有電路簡單，靈敏度高等特點，但其抗干擾能力差。例如，單門限電壓比較器，當輸入電壓含有噪聲或干擾電壓時，其輸入和輸出電壓波形將出現(xiàn)干擾，輸出電壓不穩(wěn)，導(dǎo)致比較輸出不穩(wěn)定。如果用這個電壓去控制電機，將出現(xiàn)頻繁的起停現(xiàn)象，這種情況是不允許的。所以我們采用提高抗干擾能力的另一種方案，采用遲滯比較器。 遲滯比較器是一種具有遲滯回環(huán)傳輸特性的比較器。為了獲得比較穩(wěn)定的傳輸特性，在反相輸入單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上輸入

14、了正反饋網(wǎng)絡(luò)，就組成了具有雙門限值的反相輸入遲滯器。再將 V1 與 VEF 位置互換，就組成同相遲滯比較器。由于正反饋作用，這種比較器的門限電壓是隨輸出電壓 VO 的變化而改變的。它的靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提高了。 圖 2.5 遲滯比較器R17.5kR27.5kEE-15VVCC15VVEE10VCC32本科生課程設(shè)計（論文）72.2.3 RC 充放電積分電路設(shè)計積分電路是一種應(yīng)用比較廣泛的模擬信號運算電路，它是組成模擬計算機的基本單元，可以實現(xiàn)對微分方程的模擬。同時，積分電路也是控制盒測量系統(tǒng)中的基本單元，利用其充放電過程可以延時，定時以及各種波形的產(chǎn)生。

15、 電路如圖，根據(jù)理想 運放工作在線型區(qū)時“虛短”和“虛斷”的特點可知：電路的輸出電壓與電容兩端的電壓成正比，而電路的輸入電壓與流過電容的電流成正比。由于集成運放的反相輸入端“虛地”，故輸出電壓等于輸入電壓，可見輸出電壓與電容兩端電壓成正比。 圖 2.6 RC 充放電積分電路 因為輸入電壓與流過電容的電流正比?？傻?由此可知，當輸入電壓為矩形波時，通過積分換算，輸出電壓可轉(zhuǎn)變?yōu)槿遣āＩ鲜奖砻?，輸出電?Vo 為輸入電壓 Vs 對時間的積分，負號表示信號是從運放的反向輸入端輸入的。運放輸出電壓的最大值受直流電源電壓的限制，當運放進入飽和狀態(tài)，輸出保持不變，停止積分。U27413247651R31

16、kVCC15VVEE-15VC1150nFVEEVCC0761VoRCVidt 本科生課程設(shè)計（論文）82.3 元器件型號選擇R1 為 7.5K 電阻； R2 為 7.5K 電阻； R3 為 5K 電阻； R4 為 10K 電阻； R5 為 0-15K 滑動變阻器；調(diào)節(jié)波形幅度。 R6 為 0-50K 滑動變阻器；調(diào)節(jié)頻率。C1、C2 、C3、C4 為 2000F 電容；起濾波作用。 C5 為 0.15F 電容；負反饋作用。 D3、D4、D5、D6、D7、D8 為 IN4007 二極管； D3、D4 易于起振，D5、D6、D7、D8 起整流作用。D1、D2 為 IN785A 穩(wěn)壓二極管；穩(wěn)定基

17、準電壓。 U1 為 LM7815CT 集成穩(wěn)壓器； 穩(wěn)壓作用。 U2 為 LM7915CT 集成穩(wěn)壓器； 穩(wěn)壓作用。 U3、U4 為 LM741 集成運放；雙電源供電，單路，可補償。 變壓器為 TS_PQ4_28；降低電源電壓達到所需電壓。電源為 220V 50Hz；提供電源。 本科生課程設(shè)計（論文）92.4 Multisim 仿真、數(shù)據(jù)分析 圖 2.7 鋸齒波發(fā)生器總 方波幅值為10V，頻率為 27Hz，波形如圖 2.7 所示：本科生課程設(shè)計（論文）10圖 2.7 方波波形鋸齒波頻率為 27Hz，幅度為 5V，波形如圖 2.8 所示： 圖 2.8 鋸齒波圖形本科生課程設(shè)計（論文）11兩波合成

18、圖如圖 2.9 所示： 圖 2.9 兩波合成圖形工作原理：設(shè) t=0 時接通電源，有 Vo1=-Vz，則-Vz 經(jīng) R6 向 C 充電，使輸出電壓按線性規(guī)律性增長。當 Vo 上升到門限電壓 Vt+使 Vp1=Vn1=0 時，比較器輸出Vo1 由-Vz 上跳到+Vz，同時門線電壓下跳到 Vt-值。以后 Vo1=+Vz 經(jīng) R6 和 D、R5兩支電路向 C 反充電，由于時間常數(shù)減小，Vo 迅速下降到負值。當 Vo 下降到門限電壓 Vt-使 Vp1=Vn1=0 時，比較器輸出 Vo1 由+Vz 下跳到-Vz。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。由于 C 的正向與反向充電時間常數(shù)不同，輸出波形 Vo 為鋸齒波電壓

19、，Vo1 為矩形波電壓。如圖 2.7 所示?？梢宰C明，設(shè)忽略二極管的正向電阻，其振蕩周期為 顯然，當 R5，D 支路開路，電容 C 的正、反向充電時間常數(shù)相等，此時鋸齒波就變成三角波，其振蕩周期為如圖 2.6 所示的積分電路正向積分的時間常數(shù)遠大于反向積分的時間常數(shù)，或者反向積分的時間常數(shù)遠大于正向積分的時間常數(shù)，那么輸出電壓 Vo 上升和16516651612222562|222RRRCR R C RRR R CTTTRRRRR1624R R CTR本科生課程設(shè)計（論文）12下降的斜率相差很多，就可以得到鋸齒波。利用二極管的單向?qū)щ娦允狗e分電路兩個方向的積分通路不同，就可以構(gòu)成鋸齒波產(chǎn)生電路

20、如圖 2.8 所示。鋸齒波的幅度額振蕩周期的計算與三角波相似。設(shè)二極管導(dǎo)通時的等效電阻可忽略不計，電位器的滑動端移到最上端，則 當 時，對應(yīng)的 Vo 振蕩周期為12TTT。其中1T為電容充電時間，也就是的OV下降時間; 2T為電容放電時間，也就是OV的上升時間。 11032122TZomZRV dtVVR CR 得 11322RTR CR 得所以振蕩周期調(diào)整和的阻值可以改變鋸齒波的幅值，調(diào)整、和的阻值以及 C 的容1R2R1R2RwR量，可以改變振蕩周期；調(diào)整電位器滑動端的位置，可以改變鋸齒波上升和下降的斜率。21011212poRRvvvRRRR0pNvv11122oomoZRRvVvVRR

21、 21032122TZomZWRV dtVVRRCR12322*WRTRRCR13222WRRRCTR本科生課程設(shè)計（論文）13第 3 章 課程設(shè)計總結(jié)通過這次課程設(shè)計，加強了我的動手、思考和解決問題的能力，拓寬了知識面，鍛煉了能力，綜合素質(zhì)得了到較大提高，同時也是對課本知識的鞏固和加強，平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題也就迎刃而解了，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。也讓我明白了“認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。 ”這句話的真正含義。運用學(xué)習(xí)成果，把課堂上學(xué)到的系統(tǒng)化的理論知識，嘗試性地應(yīng)用于實際設(shè)計工作，同時也能檢驗學(xué)習(xí)

22、成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實際工作到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實踐依據(jù)。萬事開頭難，記得我剛開始時就像一只無頭的蒼蠅，去圖書館借來了大量的書籍，在網(wǎng)上搜索資料，但是一天過去了還是一點頭緒都沒有，不知從何開始，后來我參照書本或者網(wǎng)上的例子進行，甚至就是按照它的步驟再做一遍。當然在初學(xué)階段這未必不可以，這樣做可以讓我熟悉軟件的操作環(huán)境，了解設(shè)計方法和步驟，更加深刻理解基本概念。充分了解之后，我覺得就應(yīng)該拋開例子，完全按照自己的思路獨立進行，雖然這樣可能會在設(shè)計中碰到很多的困難問題，但是這樣能讓我學(xué)到更多，而且在解決遇到的問題時會更加引

23、發(fā)自己的思考，說不上創(chuàng)新，但可能會有新意產(chǎn)生，不管怎樣這也將是自己創(chuàng)造出來的東西了。在這方面我做的也不是很好，所以設(shè)計之后再回想一下，里面自己的東西很少，這也是以后需要改進的地方。這一點我想在任何一門課程的學(xué)習(xí)，在今后任何工作都是很重要的。如果沒有探索性，我們只會走著前人走過的路，踩著前人踏過的腳印。進行設(shè)計的時候，我基本上都是參照書本或者網(wǎng)上的例子進行，甚至就是按照它的步驟再做一遍。當然在初學(xué)階段這未必不可以，這樣做可以讓我熟悉軟件的操作環(huán)境，了解設(shè)計方法和步驟，更加深刻理解基本概念。但是等到自己設(shè)計的時候，我覺得就應(yīng)該拋開例子，完全按照自己的思路獨立進行，這樣可能會在設(shè)計中碰到更多的問題，

24、但是這樣也能讓我學(xué)到更多，而且在解決遇到的問題時會更加引發(fā)自己的思考，說不上創(chuàng)新，但可能會有新意產(chǎn)生，也就是自己的東西了。在這方面我做的也不是很好，所以設(shè)計之后再回想一下，里面自己的東西很少，這也是以后需要改進的地方。在這這個設(shè)計過程中，探索性主要可以體現(xiàn)在下面幾個方面。一個是繪圖所用的軟件 Multisim，因為這個軟件我在之前沒有接觸過，所以得通過自己去學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)這個軟件也是通過網(wǎng)上的資料及圖書館的信息，在學(xué)習(xí)中遇到了很多的困難，本科生課程設(shè)計（論文）14但是通過自己堅持不懈的努力，最終都一一克服了，使用過程中我也深有體會， Multisim，功能很強大，基本上能滿足我在設(shè)計中的任何要求。還有設(shè)計時所采用的公式，每個設(shè)計書上基本都有較為成熟的公式讓我們參考。但它們不一定就是最好的，我們也可以到圖書館到網(wǎng)上去查閱更多的資料，比如在進行電路參數(shù)計算時我就發(fā)現(xiàn)書本的公式好象可能有印刷錯誤，在不能確定的前提下我去圖書館查閱資料，發(fā)現(xiàn)好幾本