方波產(chǎn)生和波形變換電路

1、XXXXXXXX學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課程名稱： 電力電子技術(shù) 設(shè)計(jì)題目： 方波產(chǎn)生和波形變換電路 班級(jí)： XXXXXXXXXXXXXXX姓名： XXXX 學(xué)號(hào)： XXXXXXXXXXX 指導(dǎo)老師： XXXX 設(shè)計(jì)時(shí)間： XXXXXXXXXXXXX 摘 要波形發(fā)生器廣泛地應(yīng)用于各大院校和科研場(chǎng)所。隨著科技的進(jìn)步，社會(huì)的發(fā)展，單一的波形發(fā)生器已經(jīng)不能滿足人們的需求，而我們?cè)O(shè)計(jì)的正是多種波形發(fā)生器。本設(shè)計(jì)將介紹由集成運(yùn)算放大器組成的方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法，了解多功能集成電路函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的功能及特點(diǎn)， 進(jìn)一步掌握波形參數(shù)的測(cè)試方法。制作這種低函數(shù)信號(hào)發(fā)生器成本較低，適合學(xué)生學(xué)習(xí)電子技

2、術(shù)測(cè)量使用。制作時(shí)只需要個(gè)別的外部元件就能產(chǎn)生從110HZ，10100HZ的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號(hào)。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。其中比較器與積分電路和反饋網(wǎng)絡(luò)（含有電容元器件）組成振蕩器，其中比較器產(chǎn)生的方波通過(guò)積分電路變換成了三角波，電容的充，放電時(shí)間決定了三角波的頻率。最后利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性特點(diǎn)將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。電壓比較器實(shí)現(xiàn)方波的輸出，又連接積分器得到三角波，并通過(guò)三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路看到正弦波，得到想要的信號(hào)。NI Multisim 軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能過(guò)快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。本設(shè)計(jì)就是利用M

3、ultisim軟件進(jìn)行電路圖的繪制并進(jìn)行仿真。關(guān)鍵字：波形、比較器、積分器、MultisimAbstractWaveform generator is widely used in universities and scientific research. With the progress of science and technology, the development of the society, a single waveform generator has can't satisfy people's needs, and our design is a vari

4、ety of waveform generator. This design introduces the integrated operational amplifier composed of square wave - - - - - the design method of the triangle wave, sine wave function generator, understand the multi-function integrated circuit functions and characteristics of function signal generator,

5、further grasp the waveform parameter test methods. To make this kind of function signal generator with low cost, suitable for students learning electronic technology measure. Need only when making individual external components can produce from 1-10 hz, 10-100 hz low distortion of sine wave, triangu

6、lar wave and square wave pulse signal. The output waveform frequency and duty ratio can also be controlled by current or resistance. The comparator and integral circuit and the feedback network (containing the capacitance component) oscillator, the comparator of square wave by integrating circuit tr

7、ansformation becomes a triangle wave, capacitance charging, discharge time determines the frequency of the triangular wave. Finally using the nonlinear characteristics of the differential amplifier transmission characteristic curve of converting triangular wave into sine wave.Voltage comparator for

8、the square wave output, and connect the integrator by triangle wave, and see the sine wave by triangle wave, sine wave conversion circuit, achieve the desired signal.NI Multisim software combines intuitive capture and functional simulation, can quickly, easily and effectively carried out on the circ

9、uit design and verification. This design is to use Multisim software to draw and carry on the simulation of circuit diagram.Key words: waveform, comparator, integrator, Multisim目 錄一、設(shè)計(jì)目的及要求51.1設(shè)計(jì)目的51.2設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求5二 、函數(shù)發(fā)生器的組成52.1原理框圖52.2原理分析5三、系統(tǒng)中各模塊設(shè)計(jì)63.1 方波-三角波63.2三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路93.3總電路圖11四、OPA2541的功能介紹11五

10、、結(jié)果分析12六、課程設(shè)計(jì)中的收獲和體會(huì)12參考文獻(xiàn)13附錄14方波產(chǎn)生和波形變換電路一、設(shè)計(jì)目的及要求1.1設(shè)計(jì)目的1.了解集成運(yùn)放電路的組成和使用；2.了解集成運(yùn)放幾種典型應(yīng)用電路的工作原理；3.掌握利用運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)方波產(chǎn)生電路、波形變換電路和調(diào)試的方法。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1.利用多個(gè)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)一個(gè)方波產(chǎn)生和波形變換電路；2.對(duì)產(chǎn)生的方波信號(hào)的幅度和頻率不做統(tǒng)一規(guī)定，請(qǐng)自行設(shè)計(jì)，產(chǎn)生的方波信號(hào)經(jīng)積分電路得到三角波，再對(duì)三角波進(jìn)行有源低通濾波，最終得到正弦波；3.電路工作電源為±12V；4.畫出電路圖，寫出完整的報(bào)告；5.用面包板搭出電路，并調(diào)試之。二 、函數(shù)發(fā)生器的組成2

11、.1原理框圖2.2原理分析函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生方波、三角波、正弦波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。產(chǎn)生方波、三角波、正弦波的方案有多種，本課題介紹先產(chǎn)生方波-三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法。由R、C振蕩電路、比較器產(chǎn)生方波，再通過(guò)方波轉(zhuǎn)換為三角波，最后通過(guò)差分放大器將三角波轉(zhuǎn)換為正弦波。三、系統(tǒng)中各模塊設(shè)計(jì)3.1 方波-三角波由模電知識(shí)我們知道，將一組矩形波經(jīng)積分電路會(huì)得到良好的三角波，所以本設(shè)計(jì)采用前置矩形波發(fā)生電路，然后對(duì)所得到的矩形波進(jìn)行積分電路積分，最后輸出三角波。 方波發(fā)生電路實(shí)際是由一個(gè)滯回比較器和一個(gè)RC充放電回路組成，如圖1所示。圖1 方波發(fā)生電路

12、 其中R4、R5與集成運(yùn)放組成滯回比較器，穩(wěn)壓管D1、D2和電阻R2的作用是鉗位，將滯回比較器輸出電壓穩(wěn)定在正負(fù)Uz。在方波發(fā)生電路中，利用二極管的單項(xiàng)導(dǎo)電性是電容正向和反向充電的通路不同，從而使它們時(shí)間常數(shù)不同，即可以改變輸出電壓的占空比，再經(jīng)過(guò)積分就可以得到占空比可調(diào)的三角波，如圖所示，圖中電位器和兩個(gè)二極管的作用是將電容和放電的回路分開(kāi)，調(diào)節(jié)充電和放電兩個(gè)時(shí)間常數(shù)的比例。如果將電位器向下滑動(dòng)，則充電時(shí)間常數(shù)減小，放電時(shí)間常數(shù)增大，于是輸出端為高電平的時(shí)間縮短，低電平的時(shí)間增長(zhǎng)。圖2 方波 積分電路的輸出電壓Uo往正方向線性 增長(zhǎng)，此時(shí)U+也隨著增長(zhǎng)，當(dāng)增長(zhǎng)至U+=U-=0時(shí)，滯回比較器的

13、輸出電壓UO1發(fā)生跳變，而發(fā)生跳變時(shí)的UO值是使三角波的最大值Uom。將條件UO1=-UZ,U+=0和Uo=Uom代入下式可得： 0=R4/(R4+R5) (-Uz)+R5/(R4+R5) Uom （1）可解的三角波的輸出幅度為:Uom=(R4/R5)Uz （2）將上述的矩形波發(fā)生電路的輸出端與積分電路的輸入端連接即可得到占空比可調(diào)的的三角波發(fā)生電路，如圖3。圖3 三角波發(fā)生電路 圖4 三角波3.2三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路低通濾波工作原理：低通濾波是容許低于截至頻率的信號(hào)通過(guò)， 但高于截止頻率的信號(hào)不能通過(guò)的電子濾波裝置。讓某一頻率以下的信號(hào)分量通過(guò)，而對(duì)該頻率以上的信號(hào)分量大大抑制的電容、電感

14、與電阻等器件的組合裝置。三角波-正弦波的轉(zhuǎn)換電路主要由差分放大器來(lái)完成，差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗搞，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是直流放大器是，可以有效地抑制零點(diǎn)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；利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。圖5 正弦波發(fā)生電路三角波>正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容C要取得較大，因?yàn)檩敵鲱l率很低，取C2為2uF,C3為4uF。圖6 正弦波為使輸出波形更接近于正弦波，可見(jiàn)1.傳輸特性曲線越對(duì)稱，先行區(qū)越窄越好；圖7 三角波、正弦波變換原理3.3總電路圖圖8 總電路圖 四、OPA2541的功能介紹大功率雙運(yùn)算放大器OPA25

15、41是美國(guó)BURR -BROWN公司生產(chǎn)的新一代高電壓、大電流輸出型運(yùn)算放大器, 用于驅(qū)動(dòng)各種電阻性和電抗性負(fù)載(如電動(dòng)機(jī)等), 并具有較大的安全裕量。利用OPA2541制作的旋轉(zhuǎn)變壓器激磁電源, 其輸出不用升壓變壓器或諧振電容升壓, 就能達(dá)到旋轉(zhuǎn)變壓器的額定激磁電壓。OPA2541是具有高放大倍數(shù)和大功率輸出級(jí)的雙運(yùn)算放大器, 因此, 被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、跟蹤系統(tǒng)放大器、可編程電源、音頻放大器等。圖9 OPA2541引腳單片OPA2541功率放大器集成塊中有兩個(gè)單功率放大器, 且兩個(gè)放大器的功能不相等。OPA2541的引腳圖如圖9所示。腳1 為B 端輸出; 腳2 為十V正電源; 腳3

16、為A端正輸入; 腳4 為A 端負(fù)輸入; 腳5 為A 端輸出; 腳6 為一V;電源; 腳7 為B 端正輸入，腳8為B端負(fù)輸入。五、結(jié)果分析 輸出的各波形的參數(shù)范圍有些許的偏差，是因?yàn)樵诟髟膮?shù)選擇上有些偏差。正弦波稍微有點(diǎn)失真是因?yàn)榉e分電路中充放電的時(shí)間不夠。六、課程設(shè)計(jì)中的收獲和體會(huì)該電路分為三部分，第一部分是利用運(yùn)算放大器產(chǎn)生方波，第二部分是利用積分電路將方波變?yōu)槿遣ǎ谌糠謩t是通過(guò)有源低通將三角波變?yōu)檎也ā?在正弦波產(chǎn)生電路中,改變RC的值可以改變電路的信號(hào)頻率，在電壓比較器中，改變參考電壓的值可以改變方波的比例。剛開(kāi)始著手開(kāi)始做的時(shí)候，只知道設(shè)計(jì)要求，沒(méi)有一點(diǎn)頭緒，看著設(shè)計(jì)任務(wù)

17、似乎并不難，但是當(dāng)真正開(kāi)始卻不知道從何下手。后來(lái)經(jīng)過(guò)反復(fù)的看課本以及上網(wǎng)查詢資料才慢慢對(duì)本次的課程設(shè)計(jì)有個(gè)大致的體會(huì)，于是開(kāi)始一步步的去做，遇到不會(huì)的就看書，書上看不懂就上網(wǎng)查找資料。在復(fù)習(xí)以前學(xué)過(guò)的電路知識(shí)的同時(shí)，我也加緊學(xué)習(xí)了Multisim這款電路設(shè)計(jì)軟件，這是一款對(duì)于我來(lái)說(shuō)異常強(qiáng)大的軟件，所有以前做的電路實(shí)驗(yàn)都可以在這款軟件上面完成。我學(xué)習(xí)了很長(zhǎng)時(shí)間也不過(guò)剛剛懂一些皮毛，仍然不能完全弄懂軟件中有些部件的功能。在確定自己可以用這款軟件來(lái)設(shè)計(jì)電路的是時(shí)候我就開(kāi)始設(shè)計(jì)自己的電路圖和確定元件的參數(shù)了。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書本上的知識(shí)，明白了學(xué)以致用的真諦。在設(shè)計(jì)過(guò)程中碰到許多不同的問(wèn)題，與理論有所差距，明白理論和實(shí)踐還是有差距的，我們不能只學(xué)理論而不實(shí)踐，要多結(jié)合理論進(jìn)行實(shí)踐，這樣才更加理解掌握知識(shí)，把理論應(yīng)用于實(shí)踐，從實(shí)踐中得出結(jié)論。參考文獻(xiàn)1 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）M.第五版.北京：高等教育出版社，2006.414-4242 稻葉保.振蕩電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京：科學(xué)出版社，2004.29-993 王立欣，楊春