方波-三角波發(fā)生電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、河西學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方波-三角波產(chǎn)生電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：物理與機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)日期： 2016 年 4 月 26 日方波-三角波發(fā)生電路要求：設(shè)計(jì)并制作用分立元件和集成運(yùn)算放大器組成的能產(chǎn)生方波、三角波的波形發(fā)生器。指標(biāo)：輸出頻率分別為：102HZ、103HZ和104Hz ;方波的輸出電壓峰峰值VPP >20V、方案的提出方案一:1、由文氏橋振蕩產(chǎn)生一個(gè)正弦波信號(hào)。2、把文氏橋產(chǎn)生的正弦波通過(guò)一個(gè)過(guò)零比較器從而把正弦波轉(zhuǎn)換成方波。3、把方波信號(hào)通過(guò)一個(gè)積分器。轉(zhuǎn)換成三角波。方案二:1、由滯回比較器和積分器構(gòu)成方波三角波產(chǎn)生電路。2、然后通過(guò)低通濾波把三

2、角波轉(zhuǎn)換成正弦波信號(hào)。方案三：1、由比較器和積分器構(gòu)成方波三角波產(chǎn)生電路。2、用折線法把三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。、方案的比較與確定 方案一：文氏橋的振蕩原理：正反饋 RC 網(wǎng)絡(luò)與反饋支路構(gòu)成橋式反饋電路。當(dāng)R1=R2、C1=C2 。即f=fO時(shí)，F(xiàn)=1/3、Au=3 。然而，起振條件為Au略大于3。實(shí)際操作時(shí)，如果要滿足振蕩條件 R4/R3=2 時(shí)，起振很慢。如果 R4/R3 大于 2時(shí)，正弦波信號(hào)頂部失真。調(diào)試?yán)щy。RC串、并聯(lián)選頻電路的幅頻特性不對(duì)稱, 且選擇性較差。因此放棄方案一。方案二：把滯回比較器和積分比較器首尾相接形成正反饋閉環(huán)系統(tǒng)，就構(gòu)成三角波發(fā) 生器和方波發(fā)生器。 比較器輸出的方波

3、經(jīng)積分可得到三角波、 三角波又觸發(fā)比較 器自動(dòng)翻轉(zhuǎn)形成方波， 這樣即可構(gòu)成三角波和方波發(fā)生器。 通過(guò)低通濾波把三角 波轉(zhuǎn)換成正弦波是在三角波電壓為固定頻率或頻率變化范圍很小的情況下使用。然而，指標(biāo)要求輸出頻率分別為 1O2HZ 、 1O3HZ 和 1O4Hz 。因此不滿足使用 低通濾波的條件。放棄方案二。方案三:方波、三角波發(fā)生器原理如同方案二。比較三角波和正弦波的波形可以發(fā)現(xiàn),在正弦波從零逐漸增大到峰值的過(guò)程中，與三角波的差別越來(lái)越大即零附近的 差別最小，峰值附近差別最大。因此，根據(jù)正弦波與三角波的差別，將三角波分 成若干段，按不同的比例衰減，就可以得到近似與正弦波的折線化波形。 而且折 線

4、法不受頻率范圍的限制。綜合以上三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇方案三來(lái)完成本次課程設(shè)計(jì)。三、工作原理:1、方波、三角波發(fā)生電路原理gu'l折線法是用多段直線逼近正弦波的一種方法。其基本思路是將三角波分成若干段，分別按不同比例衰減，所獲得的波形就近似為正弦波。下圖畫出了波形的1/4周期，用四段折線逼近正弦波的情況。圖中Ulmax為輸入三角波電壓幅值。根據(jù)上述思路，可以采用增益自動(dòng)調(diào)節(jié)的運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)。利用二極管開關(guān)和電阻構(gòu)成反饋通路， 隨著輸入電壓的數(shù)值不同而改變電路的 增益。在3 t=0 °25。段，輸出的“正弦波”用此段三角波近似（二者重合），因此此段放大電路的電壓增益為1。由于3

5、 t=25。時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)正弦波的值為sin25 0.423，這里 uO=ul=25/90Ulmax0.278Ulmax，所以，在3 t=90 °時(shí)，輸出的“正弦波”的值應(yīng)為uO=0.278/0.423UImaxn.657Ulmax。在3 t=50。時(shí)，輸入三角波的值為ul=50/90Ulmax y）.556Ulmax，要求輸出電壓 uO=0.657Ulmax Xsin50 ° &503Ulmax，可得在 25 50。段，電路的增益應(yīng)為uO/ ul=(0.503 - 0.278)/(0.556 - 0.278)=0.809。在 3t=70。時(shí)，輸入三角波的值為uI=70/

6、90UImax T.778Ulmax，要求輸出電壓 uO=0.657UImax Xsin70 ° &617Ulmax ，可得在 50 70。段，電路的增益應(yīng)為uO/ ul=(0617 - 0.503)/(0.778 - 0.556)=0.514 。在3 t=90 °時(shí)，輸入三角波 的值為uI=UImax，要求輸出電壓 uO 0.657Ulmax，可得在70 °90。段，電 路的增益應(yīng)為 uO/ ul=(0.657 - 0.617)/(1 - 0.778)=0.180。下圖所示是實(shí)現(xiàn)上述思路的反相放大電路。R13=4.236k Qo 由于在 t=25

7、76;這一點(diǎn)，D1開始導(dǎo)通，所以，此時(shí)二極管 D1醍r亠kir11 曲3*r -H Ji2 :叫 巴H ti.-IIUli+1-im-4-K*Z.F益 3' nM112i "I 5.4 一i-H«r JEJhIt圖中二極管D3D5及相應(yīng)的電阻用于調(diào)節(jié)輸出電壓 u03>0時(shí)的增益，二極管D6D8及相應(yīng)的電阻用于調(diào)節(jié)輸出電壓 u03v0時(shí)的增益。電路的工作原理分析如下。當(dāng)輸入電壓uI v0.278Ulmax 時(shí)，增益為1,要求圖中所有二極管均不導(dǎo)通，所以反饋電阻 Rf=R11。據(jù)此可以選定Rf=R11=R6的阻值均為1k Qo當(dāng) 31=25 50 °時(shí)，

8、電壓增益為0.809，要求D1導(dǎo)通，則應(yīng)滿 足:13/110.8096 RRR，解出正極電位應(yīng)等于二極管的閾值電壓Vth o由圖可 得:u03是祖=25。時(shí)輸出電壓 的值，即為 0.278UImax。取 UImax=10V ，Uth=0.7V，則有 R14=31.97k Qo電阻取標(biāo)準(zhǔn)值，則 R13=4.22k Q，R14=31.6k Qo其余分析如上。 需要說(shuō)明, 為使各二極管能夠工作在開關(guān)狀態(tài)， 對(duì)輸入三角波的幅度有一定的要求，如果輸 入三角波的幅度過(guò)小，輸出電壓的值不足以使各二極管依次導(dǎo)通， 電路將無(wú)法正常工作，所以上述電路采用比列可調(diào)節(jié)的比例運(yùn)算電路（U3A模塊）將輸出的三角波的幅值調(diào)

9、至10V o四、實(shí)驗(yàn)電路圖>cc. 上RT i "it?Qi片 HUM4ta111£IHM-元件選擇: 選擇集成運(yùn)算放大器由于方波前后沿與用作開關(guān)的器件 U1A的轉(zhuǎn)換速率SR有關(guān)，因此當(dāng)輸出方波的 重復(fù)頻率較高時(shí)，集成運(yùn)算放大器 A1應(yīng)選用高速運(yùn)算放大器。集成運(yùn)算放大器U2B的選擇：積分運(yùn)算電路的積分誤差除了與積分電容的質(zhì)量有關(guān)外, 主要事集成放大器參數(shù)非理想所致。因此為了減小積分誤差，應(yīng)選用輸入失調(diào)參 數(shù)（VIO、liO、/iO/何、創(chuàng)0/何）小，開環(huán)增益高、輸入電阻高，開環(huán)帶較寬 的運(yùn)算放大器。反相比例運(yùn)算放大器要求放大不失真。因此選擇信噪比低，轉(zhuǎn)換速率SR高的運(yùn)

10、算放大器。經(jīng)過(guò)芯片資料的查詢，TL082雙運(yùn)算放大轉(zhuǎn)換速率SR=14V/us。符合各項(xiàng)指標(biāo)要求。 選擇穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管Dz的作用是限制和確定方波的幅度，因此要根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的方 波幅度來(lái)選穩(wěn)壓管電壓Dz。為了得到對(duì)稱的方波輸出，通常應(yīng)選用高精度的雙 向穩(wěn)壓管 電阻為1/4W的金屬薄膜電阻，電位器為精密電位器。 電容為普通瓷片電容與電解電容。五、仿真與調(diào)試實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果Chbannel BReverseOscilHoscope-XSCl*1 1*1 z IT* T 2-1 1I I rhe moQO s iQi.ciaci 二 'rOM 3Crkai-»rtel_A.'

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13、SCTtd匪：豐 tj | A J E LLevel; oSInale | rJcxTTBl AutoNone3D模型八、UlftU2BRlleJ IS3R1ADIR12D2R20 R22 RK R15O £7-：潮丄 丄 丄 丄RIZD5口R5o0C1CTF719 n21 口23 口3 t 口 U 0 丄丄丄.TtR24Rie R13 D3o 丄O-DZB-Jft七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)該設(shè)計(jì)完全滿足指標(biāo)要求。第一：下限頻率較高:70hz。原因分析：電位器最大阻值和相關(guān)電阻阻值的參數(shù)不精確。改進(jìn)：用阻值精密電位器和電阻。第二：正弦波在10000HZ時(shí)，波形已變壞。原因分析：折線法中各電阻阻值不精準(zhǔn)，TL082CD不滿足參數(shù)要求。改進(jìn):采用精準(zhǔn)電阻，用NE5532代替TL082CD 。八、心得體會(huì)“失敗乃成功之母”。從始時(shí)的調(diào)試到最后完成課程設(shè)計(jì)經(jīng)歷了多次失敗。不能半途而廢，永不放棄的精神在自己選擇的道路上堅(jiān)持走下去！在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，體現(xiàn)出自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)的能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用。并且從設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié),從而加以彌補(bǔ)。時(shí)，這次模擬電子課程設(shè)計(jì)也讓我認(rèn)識(shí)到以前所學(xué)知識(shí)的不深入,基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，以致于這次在設(shè)計(jì)電路圖的時(shí)候，需要重復(fù)翻閱課本的知識(shí)。我深深知道了知識(shí)連貫運(yùn)用的重要性。九、元件清單兀件類型元件序號(hào)元件型號(hào)數(shù)量集成運(yùn)放U1A,U2B,U3