多種波形發(fā)生器

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目：多種波形發(fā)生器院（系）： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間：課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系） 教研室：學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)題目多種波形發(fā)生器課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)：1. 波形的產(chǎn)生及變換電路是應(yīng)用極為廣泛的電子電路，現(xiàn)設(shè)計(jì)并制作能產(chǎn)生方波、三角波及正弦波等多種波形信號(hào)輸出的波形發(fā)生器。2. 設(shè)計(jì)電路所需的直流穩(wěn)壓電源。功能要求：1. 輸出的各種波形工作頻率范圍0.02Hz1kHz連續(xù)可調(diào)。2. 正弦波幅值±10V，失真度小于1.5。3. 方波幅值±10V。4. 三

2、角波峰峰值20V；各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)。設(shè)計(jì)要求：1. 分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。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(duì)各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、并考慮器件的來(lái)源，敲定可行方案。3.設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)計(jì)。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(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說(shuō)明。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要隨著不斷進(jìn)步的計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)

3、在測(cè)量?jī)x器中的應(yīng)用而形成和發(fā)展起來(lái)的一類新型信號(hào)源，對(duì)于電子學(xué)領(lǐng)域的產(chǎn)品，諸如電話、電視、收音機(jī)都需要波形發(fā)生器，多種波形發(fā)生器可以說(shuō)是電子領(lǐng)域最為實(shí)際，最為基礎(chǔ)，最為廣泛的器材。這次設(shè)計(jì)的發(fā)生器主要需要產(chǎn)生正弦波、方波、三角波。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案是把滯回比較器和積分器首尾相接組成一個(gè)正反饋閉環(huán)系統(tǒng)，則比較器輸出的方波經(jīng)過(guò)積分器可得到三角波。三角波， 正弦波電路的轉(zhuǎn)換可以通過(guò)RC電路實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵詞：信號(hào)源；比較器；積分器；RC電路目 錄第1章 多種波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案論證11.1 多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)意義11.2 多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)11.3 總體設(shè)計(jì)方案21.4 總體設(shè)計(jì)方案的框圖2第

4、2章 多種波形發(fā)生器各單元電路設(shè)計(jì)32.1 方波三角波產(chǎn)生電路32.2 正弦波產(chǎn)生電路42.3 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)5第3章 多種波形發(fā)生器整體電路設(shè)計(jì)63.1 整體電路圖及工作原理63.2 電路參數(shù)計(jì)算73.3 多種波形發(fā)生器電路仿真8第4章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)10參考文獻(xiàn)11附錄12 第1章 多種波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案論證1.1多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)意義波形發(fā)生器廣泛用于各大院校和科研場(chǎng)所。隨著科技的進(jìn)步和社會(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，波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和用戶定義信號(hào)，具有高精度、可重復(fù)性、易操作性、連續(xù)的相位變換和頻率穩(wěn)定性，還可以對(duì)頻率、幅值、相移、波形進(jìn)行動(dòng)態(tài)及

5、時(shí)的控制。利用脈沖數(shù)字電路原理設(shè)計(jì)了多種波形發(fā)生器，該發(fā)生器通過(guò)正弦振蕩器，比較器，組成RC積分電路來(lái)分別實(shí)現(xiàn)方波、三角波和正弦波的輸出。它的制作成本不高，電路簡(jiǎn)單，使用方便，有效的節(jié)省了人力，物力資源，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。1.2 多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)并制作能產(chǎn)生方波、三角波、正弦波等多種波形信號(hào)輸出的波形發(fā)生器設(shè)計(jì)電路所需要的直流穩(wěn)壓電源。技術(shù)指標(biāo)：輸出的各種波形工作頻率范圍0.02Hz -1KHz連續(xù)可調(diào)。正弦波幅值±10V，失真度小于1.5%。方波幅值±10V。三角波峰峰值20V，各種輸出波形幅值均為連續(xù)可調(diào)。 1.3總體設(shè)計(jì)方案方案一 可

6、以用正弦振蕩器產(chǎn)生正弦波輸出，然后通過(guò)整形電路將正弦波變換成方波，再用積分電路將方波變換成三角波輸出。方案一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有較好的正弦波和方波信號(hào)，要通過(guò)積分器電路產(chǎn)生同步的三角波，存在一定的困難，積分電路的積分常數(shù)通常是不變的，而隨著方波信號(hào)頻率的改版，積分電路輸出的三角波幅度將同時(shí)改變。若想使三角波幅度不變，須同時(shí)改變積分時(shí)間常數(shù)的大小。 圖1.1方案1設(shè)計(jì)框圖方案二 可以先用比較器產(chǎn)生方波輸出，方波經(jīng)積分電路可得到三角波輸出，利用RC回路將三角波變換成正弦波輸出。該電路方波 三角波產(chǎn)生電路視為一體，因?yàn)楸容^器A1與積分器A2組成正反饋閉電路。集成運(yùn)放構(gòu)成電壓比較器，輸出方波信號(hào)，運(yùn)放構(gòu)成積

7、分器，將方波變換成三角波輸出。三角波 正弦波電路的轉(zhuǎn)換可以通過(guò)RC回路來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且實(shí)際效果要優(yōu)于理論。 圖1.2方案2設(shè)計(jì)框圖因此考慮到題目要求與整體的設(shè)計(jì)思路選擇了方案2.總體設(shè)計(jì)方案框圖 圖1.3總體設(shè)計(jì)方案框圖 第2章 多種波形發(fā)生器各單元電路設(shè)計(jì)21方波三角波產(chǎn)生電路如圖2.1所示，電路能自動(dòng)產(chǎn)生方波三角波。電路工作原理如下：若a 點(diǎn)斷開(kāi)，整個(gè)電路成開(kāi)環(huán)態(tài)。運(yùn)算放大器A1 與R1，R2 及R3，Rp1 組成電壓比較器，R1 稱為平衡電阻，C1 稱為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即V-=0，同相端接輸入電壓Via。比較器的輸出Vo1 的高電平近似等于平電源電壓+V

8、cc，低電平近似等于負(fù)電源電壓-Vee，當(dāng)比較器的V+=V-=0 時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1 從高電平+Vcc跳到低電平-Vee，或從低電平-Vee 跳到高電平+Vcc。 圖2.1方波三角波產(chǎn)生電路2. 2正弦波產(chǎn)生電路三角波-正弦波的變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，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，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。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。其中Rp1 調(diào)節(jié)三角波的幅度，Rp2 調(diào)整電路的對(duì)稱性，其并聯(lián)電阻RE2 用來(lái)減小差分放大器的線性區(qū)。電容C1、C2、C3 為隔直電容

9、，C4 為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。圖2.2正弦波產(chǎn)生電路2. 3直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源是提供直流電壓的電源設(shè)備，由電源變壓器，整流，濾波，和穩(wěn)壓電路四部分組成，圖示為由分立元件組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的電路圖，其整流部分為單相橋式整流電路，濾波部分為電容濾波電路，穩(wěn)壓部分為串聯(lián)穩(wěn)壓電路. 對(duì)輸入電壓的要求，輸入電壓的選取原則是，在最壞的條件下仍能保證調(diào)整管處于放大狀態(tài)，不能飽和. 對(duì)調(diào)整管的要求，晶體管的額定電流Icm應(yīng)大于輸出電流.晶體管的耐壓應(yīng)高于輸入電壓，晶體管的最大允許耗散功率應(yīng)大于調(diào)整管集電極最大功率。1）電源變壓器將電網(wǎng)交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷?，一般次?jí)

10、電壓u2 較小。2）整流電路將變壓器次級(jí)交流電壓u2 變成單向的直流電壓u3，它包含直流成份和許多諧波分量。3）濾波電路 濾除脈動(dòng)電壓u3 中的諧波分量，輸出比較平滑的直流電壓u4。該電壓往往隨電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化而變化。4）穩(wěn)壓電路 它能在電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化時(shí)，保持輸出直流電壓的穩(wěn)定。它是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標(biāo)。直流穩(wěn)壓電源如下圖所示，則電路中T1、R1、Dz1 為穩(wěn)壓電源的啟動(dòng)電路，當(dāng)輸入電壓為一定時(shí)，且高于Dz2 的穩(wěn)定電壓Vz2 時(shí)，穩(wěn)壓管兩端電壓Vz2 使T1 導(dǎo)通，整個(gè)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。輸出電壓的最大電壓和最小電壓分別為因此，輸出電壓

11、的調(diào)節(jié)范圍為9 至18V，符合本實(shí)驗(yàn)要求。圖2.3直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)電路圖第3章 多種波形發(fā)生器整體電路設(shè)計(jì)3.1整體電路圖及工作原理工作原理：串聯(lián)型穩(wěn)壓電源為運(yùn)算放大器提供10v 穩(wěn)定電壓。運(yùn)算放大器A1 與R1、R2 及R3、Rp1 組成電壓比較器，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1 從高電平+Ucc 跳到低電平-Ucc，或從低電平-Ucc 跳到高電平+Ucc，產(chǎn)生方波。運(yùn)放A2 與R4、Rp2、C 及R5 組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2=-1/（R4+Rp2）C2Uo1dt，由分析可得：積分器的輸入為方波時(shí)，輸出的是一個(gè)上升速率與下降速率相等的三角波。由于電子器件非理想性

12、，使各段折線交界處產(chǎn)生了鈍化效果，實(shí)際效果優(yōu)于理論分析。圖3.1多種波形發(fā)生器整體電路圖3.2 電路參數(shù)計(jì)算方波三角波轉(zhuǎn)換電路的參數(shù)選擇：1.比較器A1 與積分器A2 的元件參數(shù)計(jì)算： 取R2=10k 歐，則R3+Rp1=10k 歐，取R3=5k 歐，Rp1 為5k 歐的電位器。取平衡電阻R1=R2（R3+Rp1）5k 歐。由此方波和三角波的幅值均為±10V。2.由輸出頻率表達(dá)式得： 本實(shí)驗(yàn)選有4 個(gè)頻率波段：0.021Hz，1Hz10Hz，10Hz100Hz，100Hz1KHz各波段所選電容不同。（1）當(dāng)0.02Hzf1Hz 時(shí)，取C1=100uF，R4+Rp2=125k 歐2.5

13、k 歐，取R4=2.5k 歐取Rp2=150k 歐的電位器（2）當(dāng)1Hzf10Hz 時(shí)，取C1=10uF，R4+Rp2=125k 歐2.5k 歐，取R4=2.5k 歐取Rp2=150k 歐的電位器 (3）當(dāng)10Hzf100Hz 時(shí)，取C2=1uF，R4+Rp2=125k 歐2.5k 歐，取R4=2.5k 歐取Rp2=150k 歐的電位器（4）當(dāng)100Hzf1kHz 時(shí)，取C2=0.1uF，R4+Rp2=125k 歐2.5k 歐，取R4=2.5k 歐取Rp2=150k 歐的電位器,以此實(shí)現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換，R4 及Rp2 的取值不變。取平衡電阻R5=10k 歐。3.3 電路的仿真結(jié)果 圖3.2方波

14、三角波輸出波形由上圖可看出比較器和積分器產(chǎn)生的方波與正弦波周期T基本符合設(shè)計(jì)的要求 圖3.3正弦波輸出波形輸出的正弦波基本符合設(shè)計(jì)要求。第4章課程設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)要求能夠產(chǎn)生多種波形是通過(guò)先產(chǎn)生方波、三角波，然后三角波轉(zhuǎn)變?yōu)檎也▽?shí)現(xiàn)的。將滯回比較器與積分器首尾相連組成閉關(guān)系統(tǒng)，從而產(chǎn)生方波和三角波，在三角波與正弦波轉(zhuǎn)換的電路方面，主要采用折線法。在直流穩(wěn)壓電源這部分，本設(shè)計(jì)采用了串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源，整個(gè)電路包括變壓器將220v 電壓降到我們?cè)囼?yàn)所需的電壓，然后經(jīng)過(guò)整流電路，整流電路通常用單相橋式整流電路、濾波電路常采用無(wú)源元件R、L、C 構(gòu)成的不同類型濾波電路。由于本電路為小功率可用電容輸入式濾波電路。穩(wěn)壓電路采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，比較放大單元采用分立三極管組成的差動(dòng)放大器或者集成運(yùn)算放大器，可提高電路的穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)仿真大部分結(jié)果與預(yù)期假設(shè)相吻合。 參考文獻(xiàn)1 康華光編著 電子技術(shù)技術(shù)模擬部分 高等教育出版社2006.8 2 魯寶春 主編電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)東北大學(xué)出版社，2011.8 3 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）高教出版社， 20014 張慶雙編，實(shí)用電子電路200 例，機(jī)械工業(yè)出版社，2004.6 。5 謝自美主編，電路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)&