方波-三角波波形發(fā)生器設計

1、電子技術課程設計題 目 方波、三角波信號發(fā)生器學院名稱電氣工程學院指導教師職 稱班 級 自動化071班學 號學生姓名2009年01月14日摘要關鍵詞 2一、設計任務與要求21.1 設計任務 21.2 設計要求 2二、方案設計與論證32.1 方案一 32.2 方案二 32.3 兩種方案比較 4三、單元電路設計與參數(shù)計算43.1 方波產(chǎn)生電路 43.2 三角波發(fā)生電路 53.3 參數(shù)計算 5四、 仿真過程仿真結果54.1 仿真調試輸出波形54.2 調試輸出波形64.3 數(shù)據(jù)記錄 6五、總原理圖及元件清單 75.1 電路設計原理 75.2 總原理圖 75.3 PCB 圖75.4 元件清單 8六、電路

2、調試與分析86.1 電路的裝調 86.2 調試結論 86.3 誤差分析 9七、設計心得9八、參考文獻 9方波 - 三角波發(fā)生電路摘要：本設計介紹了波形發(fā)生器的制作和設計過程,并根據(jù)輸出波形特性研究該電路的可行性。在此基礎上設計了一種能產(chǎn)生方波三角波的模塊電路,包括了原理圖和 PCB 圖。該電路有主要由積分器、比較器、 LM741 集成運算放大器，通過用雙蹤示波器來確定各種波形的幅值及可調頻率的上限和下限。重點闡述了發(fā)生器的電路結構及工作原理， 分析了單元電路的制作和工作過程并進行了調試，調試結果表明設計的電路是可行的。關鍵詞：方波、三角波、積分器、比較器、設計任務與要求1.1 設計任務：設計制

3、造能產(chǎn)生方波、三角波的波形發(fā)生器1.2 設計要求：1 、頻率在 200Hz- 2kHz 且連續(xù)可調2、方波幅值為15V3、三角波幅值為20V4、各種波形幅值均連續(xù)可調5、組裝和調試設計的電路，使電路產(chǎn)生振蕩輸出。頻率穩(wěn)定度較高。當輸出波形穩(wěn)定且不失真時，測量輸出頻率的上限和下限。檢驗該電路是否滿足設計指標，若不滿足，改變電路參數(shù)值二、方案設計與論證2.1方案一方波、三角波發(fā)生器由電壓比 較器和基本積分器組成，如圖1所 示。運算放大器Ai與Ri、R2、R3 及Rw1、Dzi、Dz2組成電壓比較器； 運算放大器 A2與R4、Rw2、R5、Ci 及C2組成反相積分器，比較器與 積分器首尾相連，形成閉

4、環(huán)電路， 構成能自動產(chǎn)生方波、三角波的發(fā) 生器（請參考基礎型實驗中的方波、 三角波發(fā)生電路）。圖1方波、三角波發(fā)生器電路圖1.方波的幅度:U o1m = U(1)2 .三角波的幅度:zU o2 m&Rw1(2)3 .方波、三角波的頻率:4R2(R4Rw2)C(3)電路參數(shù)：其中C可選擇C1或C2。從式（2）和（3）可以看出，調節(jié)電位器 Rw1可改 變三角波的幅度，但會影響方波、三角波的頻率；調節(jié)電位器Rw2可改變方波、三角波的頻率，但不會影響方波、三角波的幅度。2.2方案二由于積分器可將方波變?yōu)槿遣?，而比較器的輸入又正好為三角波，因此可定 性判斷出，電路的輸出電壓A為方波，B為三角波。XSC

5、1Key=a25%vfyBZV90-CVL V UI I-J LBZV90-C9V1圖2方波、三角波發(fā)生器電路圖2.3兩種方案比較產(chǎn)生方波、三角波的方案有多種，本次實驗選擇方案二主要采用由電壓比較器和積分器同時產(chǎn)生方波和三角波。 其中電壓比較器產(chǎn)生方波，對其輸 出波形進行一次積分產(chǎn)生三角波。該電路的優(yōu)點是十分明顯的：1、線性良好、穩(wěn)定性好；2、頻率易調，在幾個數(shù)量級的頻帶范圍內，可以方便地連續(xù)地改變頻率， 而且頻率改變時，幅度恒定不變；3、三角波和方波在半周期內是時間的線性函數(shù)，易于變換其他波形。三、單元電路設計與參數(shù)計算3.1 方波產(chǎn)生電路因為方波電壓只有兩種狀態(tài)，不是高電平、就是低電平。所

6、以電壓比較器是它的重要組成部分。它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，通過 RC充、放電實現(xiàn)使輸出狀態(tài) 自動地相互轉換。圖3方波發(fā)生電路圖圖4三角波發(fā)生電路3.2 三角波發(fā)生電路三角波電路波形可以通過積分電路實現(xiàn)，把方波電壓作為積分運算電路的輸入，在積分運算電路的輸出就得到了三角波。3.3 參數(shù)計算方波周期、頻率計算：T=2RCln(1+2R1/R2)f=1/T副值：Ut=R1/(R1+R2) *Uz三角波副值：Ut=Uz*R1/R2周期、頻率計算：T=4*R1*R4*C/R2f=R2/(4*R1*R4*C)四、仿真過程仿真結果4.1 仿真調試輸出波形

7、5圖5仿真輸出波形4.2 調試輸出波形圖6方波V01圖10 PCB圖94.3 數(shù)據(jù)記錄表一實驗數(shù)據(jù)記錄測量 項目頻率方波 幅值三角波幅 值和in珈ax指標值200Hz2KHZ15V20V實際測量 值192.3HZ2.193KHZ13.6V20V由于所有信號產(chǎn)生的頻率都與方波和三角波產(chǎn)生模塊所設置的頻率一致，故所有產(chǎn)生的波信的頻率都可以有所保證五、總原理圖及元件清單5.1電路設計原理圖8方波-三角波發(fā)生電路組成框5.2總原理圖K士=a25% VD2 業(yè)BZV9OC9VlBZV90-C9V1圖9電路原理圖注：需將一個電位器代替電阻R15.3PCB 圖5.4元件清單表二兀件清單表元件序號型號主要參數(shù)

8、數(shù)量R1 R2 R3 R4電阻100k4R5電阻2201RP電位器100k1C1電容4.7nF1VD1 VD2穩(wěn)壓二極管15v2IC1 IC2集成運放LM7412六、電路調試與分析6.1 電路的裝調由于電壓比較器與積分器組成正反饋閉環(huán)電路，同時輸出方波與三角波，故這兩個單元電路可以同時安裝。需要注意的是，安裝電位器之前要將其調整到設 計值，否則電路可能會不起振。如果電路接線正確，則在接通電源后，比較器的 輸出VO1為方波，積分器的輸出VO2為三角波，微調前級電位器，使方波的輸 出幅度滿足設計指標要求，調節(jié)后一級的電位器，則輸出頻率可調。元器件的選擇是高性能放大的保證， 在實際連線與焊接過程中，

9、運放的參數(shù) 必須盡可能相同，因此選用了帶4集成運算放大器的LM741同時為了提高共模 抑制比和精確增益調控，運放輸入端電阻必須精確匹配。按設計圖安裝好電路，穩(wěn)壓電源輸出的+15V電壓接到集成運放741的7腳, 15V接到集成運放741的4腳，示波器的Ch1接口1, Ch2接U2,調整各電位器， 使方波、三角波的輸出幅度滿足設計指標要求。6.2 調試結論：從數(shù)據(jù)紀錄中可以看出存在誤差頻率最小值誤差：200Hz - 192.3HZ = 7.7HZ ;最大值誤差：2.193K 2K = 0.193K方波幅值誤差：15V 13.6V = 1.4V三角波幅值誤差：20V 20V = 0V6.3 誤差分析

10、在 EWB 仿真試驗與實際中有差別。根據(jù)前面所提方案的要求，調試過程主要集中在模擬電子電路部分。 放大電路產(chǎn)生誤差的原因很多， 一般有： 運放的輸入偏置電流、 失調電壓和失調電流及其溫漂； 電阻器的實際阻值與標稱值的誤差，且溫度變化； 另外， 電源和信號源的內阻及電壓變化、 干擾和噪聲都會造成誤差。七、設計心得通過這次對波形發(fā)生器的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于波形發(fā)生器的原理與設計理念， 要設計一個電路總要先用仿真， 仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，在實際接線中有著各種各樣的條件制約著。 而且， 在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為元器件本身的特性而能夠成功。 所以， 在設計時應考慮兩者的差異，從中找出最適合的設計方法。在這次實習過