正弦波與方波的相互轉(zhuǎn)換

物理與電子工程學(xué)院課題設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱(chēng)：正弦函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)別：20組長(zhǎng)：2011級(jí)楊會(huì)員：2011級(jí)胡原彬員：2011級(jí)廖秋偉2013年7月10日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)要求3\o"CurrentDocument"總體設(shè)計(jì)3設(shè)計(jì)方案3\o"CurrentDocument"㈠用運(yùn)算放大器產(chǎn)生1000HZ的正弦信號(hào)3\o"CurrentDocument"㈡將正弦波轉(zhuǎn)換為方波4\o"CurrentDocument"㈢將方波轉(zhuǎn)換為正弦波4\o"CurrentDocument"㈣還原波形4\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)步驟及參數(shù)的確定4\o"CurrentDocument"㈠用運(yùn)算放大器產(chǎn)生1000HZ的正弦信號(hào)4\o"CurrentDocument"㈡正弦波轉(zhuǎn)換為方波4\o"CurrentDocument"㈢方波轉(zhuǎn)換為正弦波5\o"CurrentDocument"㈣還原波形5\o"CurrentDocument"㈤整體電路原理圖6\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果7\o"CurrentDocument"㈠正弦波產(chǎn)生且換為方波再換為正弦波的波形7\o"CurrentDocument"㈡用放大器放大振幅還原后的波形8\o"CurrentDocument"電路板的制作8\o"CurrentDocument"㈠畫(huà)圖8㈡元器件清單8㈢實(shí)物焊接9\o"CurrentDocument"電路的調(diào)試9㈠電路連接9㈡波形測(cè)量9㈢數(shù)據(jù)的記錄9\o"CurrentDocument"㈣數(shù)據(jù)結(jié)果分析10\o"CurrentDocument"總結(jié)10\o"CurrentDocument"㈠設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題10\o"CurrentDocument"㈡心得體會(huì)11正弦函數(shù)發(fā)生器一.設(shè)計(jì)要求用運(yùn)算放大器產(chǎn)生一個(gè)1000HZ的正弦波信號(hào)將此正弦波轉(zhuǎn)換為方波。再將此方波轉(zhuǎn)換為正弦波。限用一片LM324和電阻、電容。二.總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)大體上可分為四個(gè)模塊：用振蕩電路產(chǎn)生1000HZ的正弦波信號(hào);用一個(gè)過(guò)零比較器把正弦波變?yōu)榉讲ǎ挥肦C濾波電路從方波中濾出正弦波；檢測(cè)波形用放大器還原振幅。振蕩電路

產(chǎn)生正弦波放大還原

正弦波三.設(shè)計(jì)方案㈠用運(yùn)算放大器產(chǎn)生1000HZ的正弦信號(hào)振蕩電路

產(chǎn)生正弦波放大還原

正弦波用RC和一個(gè)運(yùn)放組成文氏電橋振蕩電路，調(diào)節(jié)RC選頻電路來(lái)產(chǎn)生1000HZ的正

弦波。㈡將正弦波轉(zhuǎn)換為方波用一個(gè)運(yùn)放接成過(guò)零比較器就可以把正弦波轉(zhuǎn)換為方波。但會(huì)存在少許誤差。㈢將方波轉(zhuǎn)換為正弦波用電阻和電容組成RC濾波電路，選擇合適的數(shù)據(jù)參數(shù)就能實(shí)現(xiàn)把方波變?yōu)檎也?。㈣還原波形用一個(gè)同相放大器把波形的幅度放大還原。設(shè)計(jì)步驟及參數(shù)的確定㈠用運(yùn)算放大器產(chǎn)生1000HZ的正弦信號(hào)用電阻、電容、二極管和一個(gè)運(yùn)放組成文氏電橋振蕩電路，電路圖如下。參數(shù)選擇中最重要的是R6和C2的值選擇，因?yàn)樗鼈兪沁x頻電路。f=1/2nRC。f=1000HZ，所以可以確定RC的值。FI1-VyV-5-1H4-€1FI1-VyV-5-1H4-D1仆1如01RBD1仆1如01RB—VW-D21Niaai㈡正弦波轉(zhuǎn)換為方波用一個(gè)運(yùn)放接成過(guò)零比較器如下圖，通向端接信號(hào)輸入，反向端接地。只要輸

入信號(hào)電壓大于或小于零，信號(hào)就發(fā)生跳變，可以把正弦波轉(zhuǎn)換為方波。㈢方波轉(zhuǎn)換為正弦波用電阻和電容接成RC濾波電路。在R2和C3過(guò)后的節(jié)點(diǎn)處波形是三角波，最后輸出是正弦波。㈣還原波形在RC濾波電路輸出的正弦波，幅度變小了約9倍的樣子，用一個(gè)同向放大器放大它的幅度。因?yàn)橥蚍糯笃鞯姆糯蟊稊?shù)為：A=1+R12/R11。所以確定R11=8k歐姆，R12=1k歐姆。㈤整體電路原理圖實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果㈠正弦波產(chǎn)生且換為方波再換為正弦波的波形Tirneba&eScale|'ms/&ivTimeChannel_AChartriel_BCliaririel_CChtaninel_D^.214ms10.5?V6.191V-1.4S1V^.214ms10.5?V6.191V-1.4S1V0.?sa.?V。.燦Tirneba&eScale|'ms/&ivTimeChannel_AChartriel_BCliaririel_CChtaninel_D^.214ms10.5?V6.191V-1.4S1V^.214ms10.5?V6.191V-1.4S1V0.?sa.?V。.燦V0.?VClmnnglA5V/Div■S-DafeYgsition"Xp&Brtcn]10[y7Ta/b|a+b|DLevalTriggerEgACj_oJ[DC_J(7(7r注：紅色為震蕩產(chǎn)生的正弦波，藍(lán)色為正弦波轉(zhuǎn)換成的方波，白色為方波轉(zhuǎn)換成的正弦波。振蕩電路產(chǎn)生的正弦波：振幅：9.8V，頻率：1000HZ。由方波轉(zhuǎn)換的正弦波：振幅：1.1V頻率1000HZ。

㈡用放大器放大振幅還原后的波形Ti帕S■由巨11rrkSj'DivStale|：V/Div-ChaScaleine.1B|：.V/DivTriggerp|VXpDSitnrrYpositzm|2.6Ypo^rton\Q[wTAdd|bja|ajb|AC|I[DC(7AC|2pc"-|廠Tyjs馬咚」&irbo||Nge放大還原后的正弦波：幅度：9.8V；頻率:1000HZ。電路板的制作㈠畫(huà)圖在DXP軟件中畫(huà)出上面已近仿真成功的原理圖，選擇封裝，轉(zhuǎn)換成PCB模式。整理PCB版面上的元件布局，盡量避免導(dǎo)線的交叉。㈡元器件清單元器件名稱(chēng)型號(hào)參數(shù)（歐姆）數(shù)量（個(gè)）5.1K12.7K1

電阻1K210K2電容15nF233nF21uF1電位器10K320K1二極管1N40012芯片LM324N1㈢實(shí)物焊接按照上面的布局排列實(shí)物電路板，依據(jù)PCB板的線路分布焊接電路。注意焊接時(shí)不要短路和外接電源、接地的接口的焊接，并把要測(cè)試的信號(hào)用導(dǎo)線引到排針上方便測(cè)試。電路的調(diào)試㈠電路連接用±12V的恒壓源連接到電路板的正負(fù)電源接口，把電路板接地端接地。㈡波形測(cè)量用示波器觀測(cè)振蕩器產(chǎn)生的正弦波、方波、轉(zhuǎn)換后的正弦波和放大還原的正弦波。注意調(diào)節(jié)電位器。㈢數(shù)據(jù)的記錄波形類(lèi)型頻率(HZ)振幅(V)振蕩器產(chǎn)生的正弦波10009.8方波100013.4轉(zhuǎn)換后的正弦波10001.1放大還原后的正弦波10009.8㈣數(shù)據(jù)結(jié)果分析我們用振蕩器產(chǎn)生了頻率1000HZ振幅9.8V的正弦波，經(jīng)過(guò)過(guò)零比較器后變?yōu)轭l率1000HZ振幅13.4V的方波，在經(jīng)過(guò)我們的濾波電路，把方波轉(zhuǎn)換為頻率1000HZ振幅1.1V的正弦波，最后經(jīng)放大器放大還原為頻率1000HZ振幅9.8V的正弦波。雖然實(shí)際值和理論值有一些小小的誤差，但實(shí)驗(yàn)還是得到了正確的結(jié)果?？偨Y(jié)㈠設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題因?yàn)榈谝淮巫鲱?lèi)似的設(shè)計(jì)電路，很多地方不清楚，都是在摸索中進(jìn)行的。遇到了很多大小的問(wèn)題。比如：電路圖自己設(shè)計(jì)很困難，在查找電路圖時(shí)很多都不能實(shí)現(xiàn)，這些電路對(duì)于我們不適用。元件的參數(shù)確定是大多是參照我們查找的電路，稍作修改。自己很少?gòu)脑O(shè)計(jì)的角度來(lái)理論計(jì)算。仿真時(shí)有時(shí)候是正確的波形，感覺(jué)沒(méi)有動(dòng)它一會(huì)兒又出了問(wèn)題。在焊接電路板時(shí)，各個(gè)元件的引腳很細(xì)很密，容易短路。第一次焊接完了去調(diào)試時(shí)，用示波器在元件中尋找波形很不方便，而且沒(méi)有波形。我們?cè)俅螜z查并把要檢測(cè)的信號(hào)用導(dǎo)線連接到排針上方便檢測(cè)。第二次檢測(cè)時(shí)感覺(jué)是那些地方短路了，做了修改后再去檢測(cè)，后面幾步都有波形但是第一步（振蕩器）沒(méi)有成形的正弦波。我們認(rèn)為是振蕩器的兩個(gè)電位器的阻值沒(méi)調(diào)好。我們?cè)陔娐钒迳嫌玫搅?個(gè)電位器，最初我們不知道電位器怎么調(diào)節(jié)是變大或變小，只有一通亂調(diào)，后來(lái)才想到用萬(wàn)用表測(cè)它的電阻。最初我們的電位器只用到了兩個(gè)引腳，認(rèn)為連接方式和滑動(dòng)變阻器類(lèi)似，后來(lái)聽(tīng)說(shuō)得三個(gè)腳都用到，中間和兩側(cè)中的一個(gè)串聯(lián)再外接。經(jīng)過(guò)種種改善和調(diào)試都不行，我們打算新做了一個(gè)電路板，在焊接的時(shí)候我沒(méi)看見(jiàn)新的LM324n芯片，想把它換在舊板上試一試，結(jié)果調(diào)試出了波形，雖然最后的正弦波有失真，但前面振蕩器產(chǎn)生的正弦波和方波都是可以的，頻率都可以通過(guò)電位器調(diào)到1000HZ，幅值也可以調(diào)節(jié)。主要是最后的轉(zhuǎn)換后的正弦波有些失真，放大后也存在失真。由于失真，我們檢查后把電容C3由原來(lái)的1.2uF改為1uF（好像C3電容原本不是它所標(biāo)注的1.2uF），波形不失真，但是最后放大器放大的幅度只能達(dá)到初始正弦波的1/2，再調(diào)大就波峰就截止了。我們有嘗試改小電容C4和C5。為了進(jìn)一步完善，我們把相關(guān)的電阻和電容測(cè)量一下并適當(dāng)替換。在調(diào)整后又拿去調(diào)試，仔細(xì)調(diào)節(jié)電位器，終于得到了正確的結(jié)果！11..同時(shí)我們也沒(méi)停下第二塊的電路板的制作，希望第二塊能吸取第一塊的經(jīng)驗(yàn)做的更完善。但第二塊也許是沒(méi)有充足的精力和時(shí)間，波形還是存在失真，我們決定還是采用第一塊電路板。㈡心得體會(huì)第一次設(shè)計(jì)制作電路，雖然遇到了很多現(xiàn)在看來(lái)很低級(jí)的錯(cuò)誤，也好像花了很多的時(shí)間做了無(wú)用功，但是卻讓我們熟悉相關(guān)軟件和制作的過(guò)程，了解相關(guān)的制作方法，重溫了以前模電學(xué)習(xí)的相關(guān)放大器、振蕩電路、濾波等等的原理，打下了電路板制作的一些基礎(chǔ)，現(xiàn)在花的時(shí)間越是多，對(duì)以后的學(xué)習(xí)幫助越大。所以這一次的設(shè)計(jì)制作，我們學(xué)到了很多，同時(shí)也看見(jiàn)了我們很多的不足之處，明白了哪些地方