方波三角波設(shè)計(jì)報(bào)告

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱： 應(yīng)用電子技術(shù)基礎(chǔ)課設(shè) 設(shè)計(jì)題目： 方波/三角波振蕩電路 系 別： 機(jī)械工程與應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí)： 131班 學(xué)生姓名: 郭成成 學(xué) 號(hào): 11013108 指導(dǎo)教師: 肖日東 2014年 月 日16目 錄· 1摘要12方波/三角波振蕩電路方案22.1原理框圖23各組成部分的工作原理33.1 方波發(fā)生電路的工作原理33.2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理43.3總電路圖74.用Multisim10電路仿真84.1輸出方波電路的仿真84.2三角波電路的仿真95.電路的制作及實(shí)驗(yàn)測(cè)試.6儀器儀表清單137參考文獻(xiàn)138.收獲和體會(huì)13

2、摘 要在人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的過程中，經(jīng)常需要對(duì)各種各樣的電子信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，因而如何根據(jù)被測(cè)量電子信號(hào)的不同特征和測(cè)量要求，靈活、快速的選用不同特征的信號(hào)源成了現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)值得深入研究的課題。信號(hào)源主要給被測(cè)電路提供所需要的已知信號(hào)(各種波形)，然后用其它儀表測(cè)量感興趣的參數(shù)?？梢娦盘?hào)源在各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)測(cè)試處理中，它不是測(cè)量?jī)x器，而是根據(jù)使用者的要求，作為激勵(lì)源，仿真各種測(cè)試信號(hào)，提供給被測(cè)電路，以滿足測(cè)量或各種實(shí)際需要。波形發(fā)生器就是信號(hào)源的一種，能夠給被測(cè)電路提供所需要的波形。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，由分立元件或模擬集成電路構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能根據(jù)實(shí)際需要靈活擴(kuò)展。

3、隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，通過巧妙的軟件設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)易的硬件電路，產(chǎn)生數(shù)字式的正弦波、方波、三角波、鋸齒等幅值可調(diào)的信號(hào)。與現(xiàn)有各類型波形發(fā)生器比較而言，產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，特別是操作簡(jiǎn)單方便。本電路為方波/三角波振蕩電路，在uo1輸出端輸出方波信號(hào)。在uo2輸出端輸出三角波信號(hào)。該電路的大致原理是通過將滯回電壓比較器的輸出信號(hào)通過RC電路反饋到輸入端，即可組成矩形波信號(hào)發(fā)生器。然而，三角波電路由方波電路演化而來，方波電壓經(jīng)過積分電路產(chǎn)生三角波。其優(yōu)點(diǎn)是制作成本低，電路簡(jiǎn)單，使用方便，頻率和幅值可調(diào)，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。該電路可延伸為函數(shù)（波形）信號(hào)發(fā)生器。能產(chǎn)生

4、某些特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號(hào)，頻率范圍可從幾個(gè)微赫到幾十兆赫函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途作為測(cè)控專業(yè)的學(xué)生，對(duì)方波三角波振蕩電路的設(shè)計(jì)，仿真，制作已成為最基本的一種技能，也是一個(gè)很好的鍛煉機(jī)會(huì)，是一種綜合能力的鍛煉，它涉及基本的電路原理知識(shí)，仿真軟件的使用，以及電路的搭建，既考驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，又鍛練動(dòng)手能力。2方波、三角波方案2.1原理框圖電壓比較器電路方波積分電路鋸齒波積分電路三角波 圖1 方波/三角波振蕩電路的原理框圖該電路由第一級(jí)N1組成遲滯電壓比較器，輸出電壓uo1為對(duì)稱的方波信號(hào)。第二級(jí)N2組成積分器，輸出電壓

5、u。為三角波信號(hào)。通過改變方波的占空比不僅可以得到鋸齒波，還可得到額外的矩形波。然后將各種信號(hào)通過比例放大電路得到需要幅值；峰峰值的信號(hào)波該電路用的是UA741高增益運(yùn)算放大器，uA741I，uA741M，uA741C（單運(yùn)放）用于工業(yè)，軍事，和商業(yè)應(yīng)用.這類單片硅集成電路器件提供輸出短路保護(hù)和閉鎖自由運(yùn)作。這些類型還具有廣泛的共同模式，差模信號(hào)范圍和低失調(diào)電壓調(diào)零能力與使用適當(dāng)?shù)碾娢弧A741I，uA741M，uA741C（單運(yùn)放）芯片引腳和工作說明如下：1和5為偏置(調(diào)零端)，2為正向輸入端，3為反向輸入端，4接地，6為輸出，7接電源 8空腳。 3各組成部分的工作原理3.1 方

6、波發(fā)生電路的工作原理圖6 滯回比較器 圖7 電壓傳輸特性 方波工作原理：圖6為一種電壓比較器電路，雙穩(wěn)壓管用于輸出電壓限幅，R3起限流作用，R1和R2構(gòu)成正反饋，運(yùn)算放大器當(dāng)Up>Uc時(shí)工作在正飽和區(qū)，而當(dāng)Uc>Up時(shí)工作在負(fù)飽和區(qū)。從電路結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)輸入電壓U小于某一負(fù)值電壓時(shí)，輸出電壓U。= -UZ；當(dāng)輸入電壓U大于某一電壓時(shí)，uo= +UZ。又由于“虛斷”、“虛短”Up=Uc=0，由此可確定出翻轉(zhuǎn)時(shí)的輸入電壓。up用ui和uo表示，有=un=0得此時(shí)的輸入電壓Uth稱為閾值電壓。滯回電壓比較器的直流傳遞特性如圖7所示。設(shè)輸入電壓初始值小于-Uth，此時(shí)uo= -UZ ；增大u

7、i，當(dāng)ui=Uth時(shí)，運(yùn)放輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入正飽和區(qū)。如果初始時(shí)刻運(yùn)放工作在正飽和區(qū)，減小ui ，當(dāng)ui= -Uth時(shí)，運(yùn)放則開始進(jìn)入負(fù)飽和區(qū)。單一的方波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(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓+Uz,此時(shí)滯回電壓比較器的門限電壓為UTH2。輸出信號(hào)通過R對(duì)電容C正向充電，充電波形如圖3箭頭所示。當(dāng)該電壓上升到TH2時(shí)，電路的輸出電壓變?yōu)閁Z,門限電壓也隨之變?yōu)閁TH1，電容C1經(jīng)電阻R放電。當(dāng)該電壓下降到TH時(shí)輸出電壓又回到+Uz，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。充放

8、電波形 OUTH1UTH2 圖方波信號(hào)發(fā)生波形3.2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理電路組成：（1） 積分運(yùn)算電路 積分運(yùn)算電路如圖10所示 圖10 積分運(yùn)算電路由于“虛地”，U-=0,故： Uo=-Uc由于“虛斷”，i1=iC, 故： Ui=i1R=icR得：； = RC（積分時(shí)間常數(shù)）由上式可知，利用積分電路可以實(shí)現(xiàn)方波三角波的波形變換。3.3整體原理概述：如圖1所示為由集成運(yùn)放構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生器電路，如圖2所示為由集成運(yùn)放構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生器的輸出波形圖。在圖1所示的電路中，第一級(jí)N1組成遲滯電壓比較器，輸出電壓uo1為對(duì)稱的方波信號(hào)。第二級(jí)N2組成積分器，輸出電壓u。為三角波

9、信號(hào)。                                                 

10、60;                                                  (1

11、)(2)下面簡(jiǎn)述此方波三角波發(fā)生器電路的工作原理。設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為Uz，則電壓比較器輸出的高電平為+Uz，低電平為Uz，由圖1可得，N1同相端的電壓為由于此電壓比較器的u=0，令u0，則可求得電壓比較器翻轉(zhuǎn)時(shí)的上、下門限電位分別為比較器輸出±Uz經(jīng)電位器RP分壓后，加到積分器的反相輸人端。設(shè)分壓系數(shù)為n，則積分器輸入電壓為±nUz，反相積分器的輸出電壓為依據(jù)上述原理，得出以下計(jì)算結(jié)果：思考題：1 怎樣修改電路才能改變輸出方波的振幅？2 有幾種辦法可以改變輸出信號(hào)的頻率？3 如何修改電路可使uo2輸出鋸齒波信號(hào)？答：（1）改變Uz可改變輸由電壓u01的幅度；（2） 改變R1

12、/R2的比值，可改方波、三角波的周期或頻率，同時(shí)影響三角波輸出電壓的幅度，但不影響方波輸出電壓的幅度；改變而和RC，可改變頻率，而不影響輸出電壓的幅度;(3)積分電路的反相輸入端電阻r3分為兩路，使正，負(fù)向積分時(shí)間常數(shù)大小不同，故兩者積分速率不等。具體電路及模擬如下：得到的鋸齒波形如下圖：4.用Multisim10電路仿真4.1輸出方波電路的仿真 用Multisim10電路仿真軟件進(jìn)行仿真。從Multisim10仿真元件庫中調(diào)出所需元件，按電路圖接好線路，方波輸出端接一個(gè)虛擬的示波器，接通電源后，可得如圖10所示的輸出方波仿真圖。圖10 輸出方波電路的仿真4.2三角波電路的仿真方法同輸出方波電

13、路的仿真方法，將線接到u即可得圖11所示的方波轉(zhuǎn)三角波波形仿真圖。 圖11輸出三角波電路的仿真整體模擬電路圖(注：穩(wěn)壓二極管選擇6.2v約等于6v)由整體電路及模擬分析UZ本應(yīng)該為6v，但因選擇6.2v的穩(wěn)壓管，再加上有一定的誤差，因此，模擬出來的是方波為幅值為6.575v,三角波幅值為3.267v,滿足U(0)=R(1)/R(4)*U(Z)=3v,如圖，周期約為61.299ms約等于0.06s.所以，模擬值基本符合理論值。5電路的制作及實(shí)驗(yàn)測(cè)試6儀器儀表清單 元件清單如表1所示元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注（價(jià)錢）電阻6.8k、10 k、20k,150 k、3.9 k1、1、11、10.1元芯

14、片UA74121.5元滑動(dòng)變阻器 150 k10.5元電容 100nf10.5元穩(wěn)壓管 3.3V20.25元焊接板12.0元導(dǎo)線13元表1 元件清單7參考文獻(xiàn) 施良駒 集成電路應(yīng)用集錦電子工業(yè)出版社，1988，6 何希才，白廣存 最新集成電路應(yīng)用300例科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1995 莊效恒，李燕民 模擬電子技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社，1998，28收獲及體會(huì)通過這次實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、及電路搭建，使我我感觸頗深。讓我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過對(duì)方波/三角波的設(shè)計(jì)，我掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)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。我還深刻的體會(huì)到如何去自己解決實(shí)際問題，而且通過對(duì)此課程的設(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。也明白老師為什么要求我們做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因。他是為了教會(huì)我們?nèi)绾芜\(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際的問題，提高我們的動(dòng)手能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)到電路的焊接以及調(diào)試過程中，我個(gè)人感覺調(diào)試部分是最難的，因?yàn)槟憷碚撚?jì)算的值在實(shí)際當(dāng)中并不一定是最佳參數(shù)，我