方波-三角波-正弦波函数发生器-课设

1课程设计说明书课程设计名称：模拟电路课程设计课程设计题目：设计制作一个方波-三角波-正弦波函数发生器学院名称：专业：班级：学号：姓名：评分：教师：2012年3月31模拟电路课程设计任务书22011－2012学年第二学期第1周－7周摘要本文通过介绍一种电路的连接，实现函数发生器的基本功能。将其接入电源，并题目设计制作一个方波－三角波－正弦波函数发生器内容及要求1、设计任务和要求：①输出波形频率范围为0.02Hz~20kHz且连续可调；②正弦波幅值为±2V；③方波幅值为2V；④三角波峰-峰值为2V，占空比可调。2、组织安排：2人一组。进度安排1．布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备：2天；；2．领元器件、制作、焊接：3天3．调试、验收：2.5天4．提交报告：2011-2012学年第二学期3～7周学生姓名：肖文娟、尹莹指导时间：第1～2周指导地点：E栋607任务下达2012年2月13日任务完成2012年4月5日考核方式1.评阅□2.答辩□3.实际操作□4.其它□指导教师系（部）主任3通过在显示器上观察波形及数据，得到结果。电压比较器实现方波的输出，又连接积分器得到三角波，并通过三角波-正弦波转换电路看到正弦波，得到想要的信号。NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能过快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NIMultisim，你可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用0工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。本设计就是利用Multisim软件进行电路图的绘制并进行仿真。关键词：电源、波形、比较器、积分器、转换器电路、Multisim目录1设计任务……………………………………………………………………541.1电路设计任务………………………………………………………………51.2电路设计要求………………………………………………………………52函数转换器的组成……………………………………………………………52.1原理框图……………………………………………………………………52.2原理分析……………………………………………………………………52.3放大器功能及管脚图………………………………………………………63各部分电路设计……………………………………………………………63.1方波---三角波转换电路的工作原理………………………………………63.2元器件型号…………………………………………………………………113.3电路的参数选择及计算……………………………………………………114电路安装于调试………………………………………………………………124.1安装方波---三角波发生电路………………………………………………124.2调试方波---三角波发生电路………………………………………………125实验总结…………………………………………………………………………135一设计任务1.1任务设计制作一个产生方波-三角波-正弦波函数转换器。1.2要求①输出波形频率范围为0.02Hz~20kHz且连续可调；②正弦波幅值为±2V；③方波幅值为2V；④三角波峰-峰值为2V，占空比可调。二函数发生器的组成2.1原理框图2.2原理分析函数发生器一般是指能自动产生方波、三角波、正弦波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。产生方波、三角波、正弦波的方案有多种，本课题介绍先产生方波-三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。由R、C振荡电路、比较器产生方波，再通过方波转换为三角波，最后通过差分放大器将三角波转换为正弦波。62.3放大器功能及管脚图LM324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。可工作在单电源下，电压范围是3.0V-32V或+16V.LM324引脚图（管脚图）三系统中各模块设计3.1方波-三角波由模电知识我们知道，将一组矩形波经积分电路会得到良好的三角波，所以本设计采用前置矩形波发生电路，然后对所得到的矩形波进行积分电路积分，最后输出三角波。矩形波发生电路实际是由一个滞回比较器和一个RC充放电回路组成，如图一所示。7其中R1、R2与集成运放组成滞回比较器，电阻R4和电容C组成充放电回路，稳压管D3、D4和电阻R3的作用是钳位，将滞回比较器输出电压稳定在正负Uz。在方波发生电路中，利用二极管的单项导电性是电容正向和反向充电的通路不同，从而使它们时间常数不同，即可以改变输出电压的占空比，再经过积分就可以得到占空比可调的三角波，如图所示，图中电位器和两个二极管的作用是将电容和放电的回路分开，调节充电和放电两个时间常数的比例。如果将电位器向下滑动，则充电时间常数减小，放电时间常数增大，于是输出端为高电平的时间缩短，低电平的时间增长。将上述的矩形波发生电路的输出端与积分电路的输入端连接即可得到占空比可调的的三角波发生电路。48将矩形波发生电路和积分电路连接起来就可以将方波转换为占空比可调的三角波。910⑴输出幅度由图可知，稳压管两端电压为UZ，积分电路的输出电压Uo往正方向线性增长，此时U+也随着增长，当增长至U+=U-=0时，滞回比较器的输出电压UO1发生跳变，而发生跳变时的UO值是使三角波的最大值Uom。将条件UO1=--UZ,U+=0和Uo=Uom代入下式可得：0=R1R1+R2(-Uz)+R2R1+R2Uom可解的三角波的输出幅度为:Uom=R1R2Uz(2)占空比当忽略二极管的导通电阻时经分析可知：T1=(R6+R10)C㏑(1+2R1R2)T2=(R6+R9)C㏑(1+2R1R2)输出波形的震荡周期为：T=T1+T2=(2R6+R8)C㏑(1+2R1R2)占空比为：D=T1T=R6+R102R6+R8113.2元器件型号采用下图所示电路，其中运算放大器A1和A2用LM324，二极管用IN4148，稳压管用IN4735，因为，输出波形幅度有电位器R7调节，所以可使供电电源VCC=-5V,VEE=5V3.3参数设计比较器A1和A2的元件参数设计算如下有上式得三角波的输出幅度为:Uom=R1R2Uz取R1=R2=1K，限流电阻R3=5K输出波形的震荡周期为：T=T1+T2=(2R6+R8)C㏑(1+2R1R2)当0.02hzF20hz时，取C1=1uf，R4=0.01K，R5为100K的电位器，R4+R5=0.01K～101K，当20hzF20Khz,取C1=100uf。积分电路部分，C2=1uf,R10=10k,R8=R9=1k,R11=6k.12四电路调试4.1安装方波——三角波产生电路1.把两块741集成块插入万能板，注意布局；2.分别把各电阻放入适当位置；3.按图接线，注意直流源的正负及接地端。4.2调试方波——三角波产生电路1.接入电源后，用示波器进行双踪观察；2.调节R7，使三角波的幅值满足指标要求；3.调节R5，微调波形的频率；4.观察示波器，使各指标达到；注意：电路先产生方波，经过积分电路再产生三角波，所以可以先安装方波发生器，再安装积分电路，需要注意的是，安装电位器之前，要先将其调整到设计值，否则可能会不起振。安装电位器的时候要注意三个管脚的接入。调节电位器R5可以调节三角波的占空比，虽然频率会同时改变，但改变的不大。微调R5时输出频率在对应波段内连续可变。调节R7可以调节输出波的幅值，使三角波的幅度满足设计指标要求。4.3能指标测量与误差分析①波形不稳定时，可能是电路在安装的时候接触不良，可加旁路电容使波形稳定②方波的上升时间主要受放大器转换速率的限制，如果输出频率太高，可介入加速电容，一般加速电容取几十皮法。13结论为期两周的课程设计让我感触颇深。从选择这个课题后，我们组员在设计、焊接、调试等过程中就遇到各种各样的问题，为解决这些问题，我们利用各种途径查找资料。遇到课设要求出现问题时，我们进行各种尝试，各种设计方案，最后，在和老师的商讨下，最后把要求给改了，虽然我们在最后时才将设计方案定下来，不过我更有感触的是这个过程，我们在遇到问题的时候不再是放弃，而是积极想办法解决，在这点我觉得我进步了。其次是在焊接过程，在没有想好走线的时候就盲目动手焊接，结果造成短路，吸取第一次教训，第二块板子在我们的布局下顺利焊接完了，在这个过程中，可以看出我们做事情还是毛毛躁躁的，没有缜密的计划就动手，不过我们还是很有耐心的把第二块板子焊完了。最后是在调试过程中遇到的一些问题，比如，波形出不来，波形失真，在老师的指导下，我们认真寻找问题，最后，形调试成功。在这个过程中，我觉得主要是组员之间要团结，意见要统一，而且任务要分配合理，这样两个人合作才不会有冲突。经过这次课设让我对低频电子线路有了进一步的认识，在设计方面掌握了以前书上没有的知识，在电路焊接方面也有了提升，懂得怎样走线，怎样焊接，以及学会了处理焊接过程中遇到的一些问题。总之，这次课设让我从理论上，动手能力上都有了一定的提高。