模電課程設(shè)計(jì)波形發(fā)生器資料.doc

1、一設(shè)計(jì)題目波形發(fā)生電路二設(shè)計(jì)任務(wù)和要求要求: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)生方波三角波和正弦波的波形發(fā)生器指標(biāo):輸出頻率分別為:102HZ103HZ和104Hz;輸出電壓峰峰值VPP20V三原理電路設(shè)計(jì):(1)方案的提出方案一:先由文氏橋振蕩產(chǎn)生一個(gè)正弦波信號(hào)(右圖)把文氏橋產(chǎn)生的正弦波通過一個(gè)過零比較器從而把正弦波轉(zhuǎn)換成方波把方波信號(hào)通過一個(gè)積分器轉(zhuǎn)換成三角波方案二: 由比較器和積分器構(gòu)成方波三角波產(chǎn)生電路(下圖) 然后通過低通濾波把三角波轉(zhuǎn)換成正弦波信號(hào)方案三: 由比較器和積分器構(gòu)成方波三角波產(chǎn)生電路(電路圖與方案二相同) 用折線法把三角波轉(zhuǎn)換成正弦波(下圖)(2)方案的比

2、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=R2C1=C2即f=f0時(shí),F=1/3Au=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)щyRC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)生器比較器輸出的風(fēng)波經(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

3、然而,指標(biāo)要求輸出頻率分別為102HZ103HZ和104Hz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程中,與三角波的差別越來越大;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法不受頻率范圍的限制,便于集成化綜合以上三種方案的優(yōu)缺點(diǎn),最終選擇方案三來完成本次課程設(shè)計(jì)(3)單元電路設(shè)計(jì)viaR1VV+A1A2VEER2R3RP1VCCaC1R4RP2C2VCCVEER5vo2vo1此電路由反相輸入

4、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Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UtUo通過R3對(duì)電容C正向充電反相輸入端電位n隨時(shí)間t的增長(zhǎng)而逐漸增高,當(dāng)t趨于無窮時(shí),Un趨于+Uz;但是,一旦Un=+Ut,再稍增大,Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)?Ut隨后,Uo又通過R3對(duì)電容C反向充電Un隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)而減低,當(dāng)t趨于無窮大時(shí),Un趨于-Uz;但是,一旦Un=-Ut,再減小,Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz,Up從-Ut躍變?yōu)?Ut,電容又開始正相充電上述過程周而復(fù)始,電路產(chǎn)生了自激振蕩運(yùn)算發(fā)大

5、器A1與R1R2及R3RP1組成電壓比較器,C1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U-=0,同相輸入端接輸入電壓Uia,R1稱為平衡電阻比較器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc,低電平等于負(fù)電源電壓-Vee(|+Vcc|=|-Vee|), 當(dāng)比較器的U+=U-=0時(shí),比較器翻轉(zhuǎn),輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc設(shè)Uo1=+ Vcc,則將上式整理,得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位Uia_為若Uo1=,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位Uia+為比較器的門限寬度:由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性運(yùn)放A2與R4RP2C2及R5組成反相積分器,其輸

6、入信號(hào)為方波Uo1,則積分器的輸出Uo2為:時(shí),時(shí),可見積分器的輸入為方波時(shí),輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波,其波形關(guān)系比較器與積分器形成閉環(huán)電路,則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波三角波的幅度為:方波-三角波的頻率f為:運(yùn)算放大器U5A與R17R15構(gòu)成一個(gè)放大系數(shù)為10的反相比例運(yùn)算放大電路通過反相放大而達(dá)到峰峰值大于20V運(yùn)算放大U4B構(gòu)成三角波轉(zhuǎn)換正弦波的三段折線法當(dāng)三角波幅值為0-0.28V時(shí),反饋電阻為R8=27K當(dāng)三角波幅值增大到0.28到0.84V之間時(shí)反饋電阻為R8/R16=11K當(dāng)三角波幅值大于0.84V時(shí),反饋電阻為R8/R16/R7=80因此,通過電容C3的隔直與電位器R

7、11的分壓,選擇幅值約為1.2V左右的三角波輸入運(yùn)算放大器U4B,再由三段折線法轉(zhuǎn)換成近似與正弦波的折線化波形(由計(jì)算機(jī)計(jì)算分析表明,三段折線法的折線化波形與正弦波相似95%)由仿真軟件得輸出正弦波幅值約為1.25V最后,運(yùn)算放大U3A為反相比例運(yùn)算放大由折線法轉(zhuǎn)換得來的正弦波經(jīng)過運(yùn)算放大U3A的反相放大得到峰值為10.5V左右的正弦波(4)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

8、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)(VI0Ii0Vi0/TIi0/T)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)算放大器經(jīng)過芯片資料的查詢,TL082雙運(yùn)算放大轉(zhuǎn)換速率SR=14V/us符合方波產(chǎn)生電路而U2B選擇通用型的LM741.兩個(gè)反相比例運(yùn)算放大選擇號(hào)稱“音響之皇”的NE5532低噪運(yùn)算放大器該雙運(yùn)算放大轉(zhuǎn)換速率SR=9V/us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

9、金屬薄膜電阻電容為普通瓷片電容與電解電容開關(guān)為自鎖式單刀三擲開關(guān)四電路調(diào)試過程與結(jié)果:波形頻率:通過精確電位器R5R19R20使得三種波形頻率連續(xù)可調(diào)因此頻率100100010000Hz都正確無誤通過實(shí)際電路測(cè)試,波形在50-24000Hz頻率范圍內(nèi)不失真波形峰峰值:波形理論值/V實(shí)測(cè)值/V方波25.11424.3三角波26.77328.2正弦波26.59924.4理論設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)方波峰峰值 實(shí)測(cè)方波峰峰值理論設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)三角波峰峰值: 實(shí)測(cè)三角波峰峰值:理論設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)正弦波峰峰值: 實(shí)測(cè)正弦波峰峰值:誤差分析a.電阻的誤差為5%,這是造成誤差主要原因b.仿真所加電壓18V,實(shí)測(cè)時(shí)芯片所加電壓為16Vc

10、.示波器讀數(shù)時(shí)的誤差五總結(jié)優(yōu)點(diǎn):設(shè)計(jì)作品輸出波形基本不失真 波形頻率達(dá)到100100010000Hz并且在100-10000Hz的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào) 波形峰峰值皆大于20V符合了設(shè)計(jì)要求的全部指標(biāo) 焊接板排版縝密,焊接沒有跳線缺點(diǎn):方波在頻率為10000Hz時(shí)峰峰值轉(zhuǎn)換時(shí)差為5-6us導(dǎo)致方波出現(xiàn)了失真 正弦波由折線法把三角波折線而來導(dǎo)致了其還存在一定的差別 電路的電源輸入由于沒有保護(hù)電路在調(diào)試時(shí)正負(fù)電源接反而把芯片燒了針對(duì)3個(gè)缺點(diǎn)各自的改進(jìn)方案: 缺點(diǎn)1:把方波產(chǎn)生電路的運(yùn)算放大換成超高轉(zhuǎn)速的集成運(yùn)算放大器例如:LM318H 缺點(diǎn)2:本設(shè)計(jì)是由三段折線法把三角波轉(zhuǎn)換成正弦波的為使產(chǎn)生的折線化波形

11、更加接近正弦波,可以用4段折線法或者5段甚至6段 缺點(diǎn)3:在電源接入端加上二極管保護(hù)電路(右圖),這樣即可以保證正負(fù)電源接反時(shí)不導(dǎo)通,又可以在把直流電源電錯(cuò)接成交流電時(shí)起整流橋的作用電路以后可改進(jìn)方案: 通過以下電路(修改反饋電阻),實(shí)現(xiàn)方波占空比可調(diào)通過以下電路實(shí)現(xiàn)三角波鋸齒波產(chǎn)生電路六心得體會(huì):“失敗乃成功之母”從一開始時(shí)的調(diào)試到最后完成課程設(shè)計(jì)我焊接拆除重復(fù)接近了10次在這10次的過程中我明白了成功是建立在以前失敗經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的還有,做啥事都不能半途而廢用永不放棄的精神在自己選擇的道路上堅(jiān)持走下去,成功就離我不遠(yuǎn)啦!在這次設(shè)計(jì)過程中,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

12、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)同時(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)用的重要性七主要參考書目:1童詩白華成英,模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2吳慎山,電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)3周譽(yù)昌蔣力立,電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)4廣東工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)部,Multisim電路與電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)八附錄:完整的電路圖完整物品清單元件類型元件序號(hào)元件型號(hào)數(shù)量元件類型元件序號(hào)元件型號(hào)數(shù)量集成運(yùn)放U15TL082CN1金屬膜電阻6U34NE55321R2100K1U2LM7411R42401穩(wěn)壓管D1D21N47422R1410K1二極管D3-81N41486R1551K1電解電容C350V1R1624K1瓷片電容C11041R827K1精密電位器R5R115K2R97.5K1R1950K1R71001R20500K1R1233K1開關(guān)單刀三擲自鎖型1R13175.1K2主要芯片基本參數(shù)TL082CN NE5532SymbolTypUnitVio3mVIio5pAIib20pAAvd200V/mVSVR86dBICC1.4mACMR 86d