方波三角波正玄波

1、四川航天職業(yè)技術學院電子工程系課程設計專業(yè)名稱： 飛行器電子裝配技術 課程名稱： 模擬電子技術課程設計 課題名稱： 三角波-方波振蕩器 設計人員： 龍 思 江 指導教師： 羅 庚 2012年 6月 7日課程設計報告書評閱頁課題名稱： 三角波-方波振蕩器班 級： G11電裝姓 名： 龍思江 2012 年 6月 7日指導教師評語：考核成績： 指導教師簽名：201 年 月 日課程設計任務書一、課題名稱：三角波-方波振蕩器二、技術指標：1掌握電子系統(tǒng)的一般設計方法2掌握模擬IC器件的應用3培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力4掌握常用元器件的識別和測試5熟悉常用儀表，了解電路調試的基本方法三、要求：1

2、、設計、組裝、調試函數(shù)發(fā)生器2、輸出波形：正弦波、方波、三角波；3、要有穩(wěn)定的輸出波形。4、頻率范圍： 100HZ1kHZ, 1HZ10kHZ；輸出電壓： 方波VP-P24V , 三角波VP-P6V； 波形特性： 方波tr30s(1KHZ ,最大輸出時)，三角波2指導教師：羅 庚學 生：龍 思 江電子工程系2012 年 6 月 7 日 摘 要 本文通過介紹一種電路的連接，實現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器的基本功能。將其接 入電源，并通過在示波器上觀察波形及數(shù)據(jù)，得到結果。 電壓比較器實現(xiàn)方波的輸出，又連接積分器得到三角波，并通過三角 波-正弦波轉換電路看到正弦波，得到想要的信號。 NI Multisim軟件結合

3、了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、 輕松、高效地對電路進行設計和驗證。憑借NI Multisim，你可以立即創(chuàng) 建具有完整組建庫的電路圖，并利用工業(yè)標準SPICE模擬器模仿電路行 為。本設計就是利用Multisim軟件進行電路的繪制并進行仿真。關鍵詞：電源，波形，比較器，積分器，轉換電路，Multisim目 錄1 函數(shù)發(fā)生器的總方案及原理框圖1.1 電路設計原理框圖1.2 電路設計類型2設計的目的及任務2.1 課程設計的目的2.2 課程設計的任務與要求2.3 課程設計的技術指標3部分選擇電路及其原理3.1集成函數(shù)發(fā)生器8038簡介3.2 方波-三角波轉換電路的工作原理4 電路仿真4.1

4、方波-三角波發(fā)生電路的仿真4.2 三角波-正弦波轉換電路的仿真4.3正弦波-方波-三角波電路輸出5電路的原理5.1電路圖及元件原理5.2 PCB布線圖5.3 PCB板三維圖6心得體會7 參考文獻1函數(shù)發(fā)生器總方案及原理框圖一、主原理框圖1.1 555定時器的工作原理 555定時器是一種功能強大的模擬數(shù)字混合集成電路，其組成電路框圖如圖22.32所示。555定時器有二個比較器A1和A2，有一個RS觸發(fā)器，R和S高電平有效。三極管VT1對清零起跟隨作用，起緩沖作用。三極管VT2是放電管，將對外電路的元件提供放電通路。比較器的輸入端有一個由三個5kW電阻組成的分壓器，由此可以獲得 和 兩個分壓值，一

5、般稱為閾值。555定時器的1腳是接地端GND，2腳是低觸發(fā)端TL，3腳是輸出端OUT，4腳是清除端Rd，5腳是電壓控制端CV，6腳是高觸發(fā)端TH，7腳是放電端DIS，8腳是電源端VCC。555定時器的輸出端電流可以達到200mA，因此可以直接驅動與這個電流數(shù)值相當?shù)呢撦d，如繼電器、揚聲器、發(fā)光二極管等。2、單穩(wěn)類電路 單穩(wěn)工作方式，它可分為3種。見圖示。第1種（圖1）是人工啟動單穩(wěn)，又因為定時電阻定時電容位置不同而分為2個不同的單元，并分別以1.1.1 和1.1.2為代號。他們的輸入端的形式，也就是電路的結構特點是：“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。第2種（圖2）是脈沖啟動型單穩(wěn)

6、，也可以分為2個不同的單元。他們的輸入特點都是“RT-7.6-CT”，都是從2端輸入。電路的2端不帶任何元件，具有最簡單的形式；電路則帶有一個RC微分電路。第3種（圖3）是壓控振蕩器。單穩(wěn)型壓控振蕩器電路有很多，都比較復雜。為簡單起見，我們只把它分為2個不同單元。不帶任何輔助器件的電路為；使用晶體管、運放放大器等輔助器件的電路為。圖中列出了2個常用電路。1.2 函數(shù)發(fā)生器的總方案 函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以

7、采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調試技術，本課題采用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設計方法。產生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產生三角波方波，再將三角波變成正弦波或將方波變成正弦波等等。本課題采用先產生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設計方法，本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示：由比較器和積分器組成方波三角波產生電路，比較器輸出的方波經積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成

8、。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，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。2課程設計的目的和設計的任務2.1 設計目的1掌握電子系統(tǒng)的一般設計方法2掌握模擬IC器件的應用3培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力4掌握常用元器件的識別和測試 5熟悉常用儀表，了解電路調試的基本方法2.2設計任務 設計方波三角波正弦波函數(shù)信號發(fā)生器2.3課程設計的要求及技術指標1、設計、組裝、調試函數(shù)發(fā)生器2、輸出波形：正弦波、方波、三角波；3、要有穩(wěn)定的輸出波形。4、頻率范圍： 100HZ1

9、kHZ, 1HZ10kHZ；輸出電壓： 方波VP-P24V , 三角波VP-P6V；波形特性： 方波tr30s(1KHZ ,最大輸出時)，三角波2 3、部分選擇電路及其原理1、集成函數(shù)發(fā)生器8038簡介18038的工作原理由手冊和有關資料可看出，8038由恒流源I1、I2，電壓比較器C1、C2和觸發(fā)器等組成。其內部原理電路框圖和外部引腳排列分別如圖XX_01和圖XX_02所示。1. 正弦波線性調節(jié)；2. 正弦波輸出；3. 三角波輸出；4. 恒流源調節(jié)；5. 恒流源調節(jié)；6. 正電源；7. 調頻偏置電壓；8. 調頻控制輸入端；9. 方波輸出（集電極開路輸出）； 10. 外接電容；11. 負電源或

10、接地；12.正弦波線性調節(jié)；13、14. 空腳2. 如圖所示為采用8038的函數(shù)發(fā)生電路。采用集成電路芯片8038構成的函數(shù)發(fā)生器可同時獲得方波、三角波和正弦波。三角波通過電容恒流放電而直接形成；方波由控制信號獲得；正弦波由三角波通過折線近似電路獲得。通過這種方式獲得的正弦波不是平滑曲線，其失真率為1左右，可滿足一般用途的需要。電路中的電位器PR1用于調整頻率，調整范圍為20Hz到20kHz。PR2用于調整波形的失真率，PR3用于調整波形的占空比。在圖XX_01中，電壓比較器C1、C2的門限電壓分別為2VR/3和VR/3（ 其中VR=VCC+VEE），電流源I1和I2的大小可通過外接電阻調節(jié)，

11、且I2必須大于I1。當觸發(fā)器的Q端輸出為低電平時，它控制開關S使電流源I2斷開。而電流源I1則向外接電容C充電，使電容兩端電壓VC隨時間線性上升，當VC上升到VC=2VR/3 時，比較器C1輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出Q端由低電平變?yōu)楦唠娖?，控制開關S使電流源I2接通。由于I2>I1 ，因此電容C放電，VC隨時間線性下降。當VC下降到VC<=Vr比較器C2輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端Q又由高電平變?yōu)榈碗娖剑琁2再次斷開，I1再次向C充電，VC時間線性上升。如此周而復始，產生振蕩。若I2=2I1 ，VC時間與下降時間相等，就產生三角波輸出到腳3。而觸發(fā)器輸出的方波，經緩沖器輸出到腳9。

12、三角波經正弦波變換器變成正弦波后由腳2輸出。當I1<I2<2I1 時，VC升時間與下降時間不相等，管腳3輸出鋸齒波。因此，8038能輸出方波、三角波、正弦波和鋸齒波等四種不同的波形。有關觸發(fā)器的工作原理見數(shù)字部分。圖中的觸發(fā)器，當R端為高電平、S端為低電平時，Q端輸出低電平；反之，則Q端為高電平。28038的典型應用由圖XX_02可見，管腳8為調頻電壓控制輸入端，管腳7輸出調頻偏置電壓，其值（指管腳6與7之間的電壓）是(VCC+VEE/5) ，它可作為管腳8的輸入電壓。此外，該器件的方波輸出端為集電極開路形式，一般需在正電源與9腳之間外接一電阻，其值常選用10kW左右，如圖XX_0

13、3所示。當電位器Rp1動端在中間位置，并且圖中管腳8與7短接時，管腳9、3和2的輸出分別為方波、三角波和正弦波。電路的振蕩頻率f約為0.3/C(R1+RP1/2) 。調節(jié)RP1、RP2可使正弦波的失真達到較理想的程度。 由于8038價格比較昂貴，因而不使用該種電路。2、通用函數(shù)發(fā)生器電路圖信號發(fā)生器可分為三部分：正弦波及三角波發(fā)生器、計數(shù)器和脈沖及斜波發(fā)生器。如圖所示，XR2206采用壓控振蕩器，頻率調整通過電位器RP5(10k)實現(xiàn)，很容易調整到頻率千分之一以內。如果改變固定電阻R3的阻值，也可改變RP5的阻值。正弦波和三角波電路和其它同類儀器不同，衰減開關S1變信號的幅值，不影響偏置電壓。

14、根據(jù)需要的固定衰減(到20dB，電壓比為10)，用R6，并聯(lián)固定電阻R7調整。也可接變阻器調整電阻。盡管調整電阻較貴，但易于實現(xiàn)。 R2206是一種單片集成函數(shù)發(fā)生器，能產生高穩(wěn)定度和高精度的正弦波、三角波、矩形波等，這些輸出信號可受外加電壓控制、其工作頻率由外部參數(shù)設定。它的頻率工作范圍是0.01Hz1MHz，正弦波的失真度為0.5，圖2所示為采用XR2206組成的FSK信號發(fā)生器的基本電路。    XR2206內部的VCO（壓控振蕩器）電路通過定時電容Ct分別與兩個接地電阻Rt1和Rt2相連，VCO的電流開關受輸入到9腳的TTL電平控制，2腳輸出調制的正弦波信

15、號。電路的振蕩頻率由電容Ct和電阻Rt1、Rt2決定。 由于電路非常復雜，而且也沒有很搞的要求，即使?jié)M足，也沒有其他電路的標準，有其他波的干擾。 4 .電路仿真4.1產生方波4.2產生三角波4.3產生正弦波4.4三個波形進行比較4.5電路仿真5各組成部分的工作原理一、這是制作要求的電路原理圖1、555定時器是一種集模擬，數(shù)字于一體的中規(guī)模集成電路。它不僅用于信號的產生和變換，還常用于控制與檢測。555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面1.

16、下面是IC555的各個引腳的作用：（TR）為低電平觸發(fā)端。該端輸入電壓高于1/3UCC時，比較器C2輸出為“1”，當輸入電壓低于1/3UCC時，比較器C2輸出為“0”。（u0）為輸出端。輸出為“1”時的電壓比電源電壓UCC低2V左右。輸出最大電流為200mA。（）為復位端。在此端輸入負脈沖（“0”電平，低于0.7V）可使觸發(fā)器直接置“0”，正常工作時，應將它接“1”（接+UCC）。（CO）為電壓控制端。靜態(tài)時，此端電位為2/3UCC。若在此端外加直流電壓，可改變分壓器各點電位值。在沒有其他外部聯(lián)線時，應在該端與地之間接入0.01µF的電容，以防干擾引入比較器C1的同相端。（TH）為高

17、電平觸發(fā)端。該輸入端電壓低于2/3UCC時，比較器C1輸出為“1”，當輸入電壓高于2/3UCC時，比較器C1輸出為“0”。（D）為放電端，當輸出U0=“0”，即觸發(fā)器= 1時，放電晶體管T導通，相當7端對地短接。當u0 為“1”，即= 0，T截止，7端與地隔離。和分別為電源端和接地端。CMOS555集成定時器的電源電壓在4.5V18V范圍內使用。2、5 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 T

18、R 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。表5.1  555集成定時器的功能表RDTHTRu0T0××0導通1大于2/3UCC大于1/3UCC0導通1小于2/3UCC小于1/3UCC1截止1小于2/3UCC大于1/3UCC保持保持2.工作狀況說明555定時器×1 CD4060計數(shù)器×1 1555集成定時器 5

19、55集成定時器是模擬功能和數(shù)字邏輯功能相結合的一種雙極型中規(guī)模集成器件。外加電阻、電容可以組成性能穩(wěn)定而精確的多諧振蕩器、單穩(wěn)電路、施密特觸發(fā)器等。它是由上、下兩個電壓比較器、三個5k電阻、一個RS觸發(fā)器、一個放電三極管 T以及功率輸出級組成。比較器 C1的同相輸入端接到由三個5 k電阻組成的分壓網絡的2/3Vcc處，反相輸入端為閥值電壓輸入端。比較器C2的反相輸入端接到分壓電阻網絡的1/3Vcc處，同相輸入端為觸發(fā)電壓輸入端，用來啟動電路。兩個比較器的輸出端控制RS觸發(fā)器。RS觸發(fā)器設置有復位端 ，當復位端處干低電平時，輸出為低電平?？刂齐妷憾耸潜容^器C1的基準電壓端，通過外接元件或電壓源可

20、改變控制端的電壓值，即可改變比較器C1、C2的參考電壓。不用時可將它與地之間接一個O01F的電容，以防止干擾電壓引入。555的電源電壓范圍是+4.5+18V，輸出電流可達100200mA，能直接驅動小型電機、繼電器和低阻抗揚聲器。CMOS集成定時器CC7555的功能和TTL集成定時電路完全一樣，但驅動能力小一些，內部結構也不同，555定時器的功能表見表14-1。圖 14-1 555電路引腳圖 圖14-2 TTL電路555電路結構表14-1 555芯片功能表觸發(fā)閾值復位放電端輸出 H導通L H原狀態(tài) H截止H L導通L 2555定時器的應用 單穩(wěn)態(tài)電路 單穩(wěn)態(tài)電路的組成和波形如圖14-3所示。當

21、電源接通后，Vcc通過電阻R向電容C充電，待電容上電壓Vc上升到2/3Vcc時，RS觸發(fā)器置0，即輸出Vo=0，同時電容C通過三極管T放電，RS觸發(fā)器輸入變位1、1，輸出保持不變。當觸發(fā)端的外接輸入信號電壓Vi1/3Vcc時，RS觸發(fā)器置1,即輸出Vo=1，同時，三極管T截止。電源Vcc再次通過R向C充電。輸出電壓維持高電平的時間取決于RC的充電時間，待電容上電壓Vc上升到2/3Vcc時，RS觸發(fā)器置0，即輸出Vo=0，當t=tW時，電容上的充電電壓為；所以輸出電壓的脈寬 tW=RCln31.1RC 一般R取1k10M，C1000pF。值得注意的是：t的重復周期必須大于tW，才能保證每一個負脈

22、沖起作用。由上式可知，單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)時間與VCC無關。因此用555定時器組成的單穩(wěn)電路可以作為精密定時器。圖 14-3單穩(wěn)態(tài)電路的電路圖和波形圖 多諧振蕩器多諧振蕩器的電路圖和波形圖如圖14-4所示。電源接通后，Vcc通過電阻R1、R2向電容C充電。當電容上電VC=2/3Vcc時，閥值輸入端受到觸發(fā)，比較器C1翻轉，輸出電壓Vo=0，同時放電管T導通，電容C通過R2放電；當電容上電壓Vc=1/3Vcc時，比較器C2輸出0，輸出電壓Vo=1。C放電終止、又重新開始充電，周而復始，形成振蕩。其振蕩周期與充放電的時間有關：充電時間： 放電時間： 振蕩周期：T=tPH+tPL0.7(R1+2R2)C

23、 振蕩頻率：f=1/T= 占空系數(shù)： 當R2>>R1時，占空系數(shù)近似為50。圖14-4 多諧振蕩器的電路圖和波形圖由上分析可知： a）電路的振蕩周期T、占空系數(shù)D，僅與外接元件R1、R2和C有關，不受電源電壓變化的影響。 b）改變R1、R2，即可改變占空系數(shù)，其值可在較大范圍內調節(jié)。 c） 改變C的值，可單獨改變周期，而不影響占空系數(shù)。 另外，復位端也可輸入1個控制信號。復位端為低電平時，電路停振。 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器電路圖和波形圖如圖14-5所示，其回差電壓為1/3Vcc。當輸入電壓大于2/3Vcc時輸出低電平，當輸入電壓小于1/3Vcc時輸出高電平，若在電壓控制端外接可調

24、電壓Vco（1.55V），可以改變回差電壓VT。施密特觸發(fā)器可方便的地把非矩形波變換為矩形波，如三角波到方波。施密特觸發(fā)器可以將一個不規(guī)則的矩形波轉換為規(guī)則的矩形波。施密特觸發(fā)器可以選擇幅度達到要求的脈沖，慮掉小幅的雜波。圖14-5 施密特觸發(fā)器電路圖和波形圖 3. CD4060是14位二進制串行計數(shù)器，其引腳圖如圖146。 由14級二進制計數(shù)器和非門組成的振蕩器組成，外接振蕩電路可以做時鐘源。圖66CD4060引腳圖 ：時鐘輸入端，下降沿計數(shù)；CP0：時鐘輸出端； ：反向時鐘輸出端。 RD清零端為異步清零。 作為2Hz、4Hz、8Hz等時鐘脈沖源時，典型接線方法如圖14-7，從計數(shù)器輸出端可

25、以得到多種32.678kHz的分頻脈沖。圖6-7 4060作為時鐘源 可以加上RC回路構成時鐘源。如圖14-8，其中T1.4RC 圖6-8 RC回路作為時鐘源圖6-6 CD4060引腳圖 4. CD4017是十進制計數(shù)器/時序譯碼器，內部有一個十進制計數(shù)器和一個時序譯碼器，圖14-9是其引腳圖，CP為時鐘脈沖輸入，上升沿計數(shù)， 為允許計數(shù)，低電平有效，計數(shù)時Q0Q9的十個輸出端依次為高電平，RD為異步清零端，RD=1時Q0=1。計數(shù)器的輸出Q0Q4=1時進位Co=1，Q5Q9=1時Co=0。圖69CD4017引腳圖普通計數(shù)器作為分頻時，從計數(shù)器輸出引腳可以得到CP的2、4、8分頻的信號，用N進

26、制計數(shù)器可以得到N分頻信號。依此原理用CD4017可以方便得到210分頻信號，將CD4017輸出端Q2Q9分別與復位端相連，可以構成29的分頻。如圖14-10所示構成3分頻，當高電平移到Q3時，計數(shù)器復位，重新計數(shù)，3分頻信號可以從Q0Q2中一個輸出，不接反饋復位則可以得到10分頻。2.2 RC積分電路原理電路結構如圖，積分電路可將矩形脈沖波轉換為鋸齒波或三角波，還可將鋸齒波轉換為拋物波。電路原理很簡單，都是基于電容的沖放電原理，這里就不詳細說了，這里要提的是電路的時間常數(shù)R*C，構成積分電路的條件是電路的時間常數(shù)必須要大于或等于10倍于輸入波形的寬度。 輸出信號與輸入信號的積分成正比的電路，

27、稱為積分電路。從圖得，Uo=Uc=(1/C)icdt,因Ui=UR+Uo,當t=to時，Uc=Oo.隨后C充電，由于RCTk,充電很慢，所以認為Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故Uo=(1/c)icdt=(1/RC)icdt這就是輸出Uo正比于輸入Ui的積分（icdt）RC電路的積分條件：RCTk5.1 PCB原理圖利用DXP 2004制圖軟件進行制圖。打開DXP 2004制圖軟件，創(chuàng)建一個項目：PCB項目，然后在這個PCB項目里創(chuàng)建一個原理圖和一個PCB文件。在原理圖上，從軟件的元件庫里調出所需元件，按電路圖接好線，可得如圖11所示的正弦波、三角波、方波原理圖。 圖11 正弦波、三角波、方波產生原理圖5.2PCB布線圖將DXP 2004制圖軟件中的PCB原理圖封裝，布線。點擊軟件菜單欄中“設計”按鈕，然后點擊其下的“update PCB Document.PCB2PcbDoc”按鈕，就將PCB原理圖封裝，布線到創(chuàng)建的PCB文件上，如圖12所示的PCB布線圖。圖12