1、模擬電路 課程設(shè)計任務(wù)書20 1120 12 學(xué)年 第 2 學(xué)期第 1 周 1.5周 題目設(shè)計制作一個產(chǎn)生方波-三角波-正弦波函數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)容及要求1  輸出波形頻率范圍為0.2KHz20kHz且連續(xù)可調(diào)；2  正弦波幅值為±2V；3    方波幅值為2V；4   三角波峰-峰值為2V，占空比可調(diào)；5 設(shè)計電路所需的直流電源可用實驗室電源。進(jìn)度安排1. 布置任務(wù)、查閱資料、選擇方案，領(lǐng)儀器設(shè)備： 2天； 2. 領(lǐng)元器件、制作、焊接：3天3調(diào)試+驗收： 2.5天4.提交報告：2011-2012學(xué)年第二學(xué)期37周 學(xué)生姓

2、名： 指導(dǎo)時間：第11.5周指導(dǎo)地點： E樓508 室任務(wù)下達(dá)20 12 年 2 月 12 日任務(wù)完成20 12 年 2 月 22 日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4.其它指導(dǎo)教師彭嵩系（部）主任陳瓊摘要在電子工程、通信工程、自動控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計算機等技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到各種各樣的信號波形發(fā)生器。用三角波，方波發(fā)生電路實現(xiàn)的信號波形發(fā)生器與其它信號波形發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有了很大的提高。因此，本設(shè)計意在用LM324放大器設(shè)計一個產(chǎn)生方波-三角波-正弦波的函數(shù)轉(zhuǎn)換器。為了使這三種波形實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，需要設(shè)計一個電路將直流電轉(zhuǎn)換成方波和三

3、角波，繼而將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。首先直流電源通過一個同相滯回比較電路轉(zhuǎn)換為方波，方波通過一個積分電路轉(zhuǎn)換為三角波，最后經(jīng)濾波電路（RC振蕩電路產(chǎn)生）轉(zhuǎn)換為正弦波。從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計。（關(guān)鍵字：放大、波形轉(zhuǎn)換、積分）目錄前言5第一章 設(shè)計任務(wù)及要求5第二章 系統(tǒng)組成及原理62.1 系統(tǒng)組成62.2 工作原理6第三章 電路方案設(shè)計 7方案一 73.1 方波三角波轉(zhuǎn)換電路73.2 三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路 7方案二 9方案論證 9第四章 單元電路設(shè)計與計算104.1 方波三角波轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計與計算 10 4.2 三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計與計算11第五章 實驗、調(diào)試及測試結(jié)果與分析12 5.1 實驗儀

4、器125.2 調(diào)試方法 125.3 性能測試及分析125.4 實驗過程中的故障、原因及排除方法14第六章 結(jié)論與心得 15第七章 參考文獻(xiàn) 16附錄1 元件清單 17附錄2 電路圖 17附錄3 芯片管腳圖 18前言 現(xiàn)今世界中電子技術(shù)與電子產(chǎn)品的應(yīng)用越加廣泛，人們對電子技術(shù)的要求也越來越高。因此如何根據(jù)實際要求設(shè)計出簡便實用的電子技術(shù)物品便顯得尤為重要。靈活、快速的選用不同特征的信號源成了現(xiàn)代測量技術(shù)值得深入研究的課題。能將簡單的易獲取的信號轉(zhuǎn)換為自己所需的復(fù)雜信號是一項必不可少的技術(shù)。我們有必要做好這相關(guān)方面的研究，為被測電路提供所需要的信號及各種波形，以便完成各種相關(guān)試驗。信號源在各種試驗

5、應(yīng)用和實驗測試處理中，仿真各種測試信號，提供給被測電路，用來滿足實驗的各種要求。本文所設(shè)計的波形發(fā)生器就是信號源的一種，采用集成運算放大器、電阻和電容組成簡單的電路，實現(xiàn)波形的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換。第一章 設(shè)計任務(wù)及要求1、 設(shè)計任務(wù)及要求1 輸出波形頻率范圍為0.2kHz20kHz且連續(xù)可調(diào)；2 正弦波幅值為±2V，；3 方波幅值為2V；4 三角波峰-峰值為2V，占空比可調(diào)；5 設(shè)計電路所需的直流電源可用實驗室電源。第二章 系統(tǒng)組成及原理2.1系統(tǒng)組成1.第一部分：將直流電通過同相滯回比較電路和積分電路分別轉(zhuǎn)換為方波和三角波三角波積分電路方波同相滯回比較電路直流電源2.第二部分：三角波經(jīng)濾波

6、電路轉(zhuǎn)換為正弦波正弦波三角波濾波電路2.2工作原理1.方波三角波發(fā)生電路：通過R1 、R2調(diào)節(jié)方波的幅值，R2、R3調(diào)節(jié)方波的頻率，R4和穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值調(diào)節(jié)三角波的峰峰值，利用二極管的單向?qū)щ娦钥墒狗e分電路兩個方向的積分通路不同，從而使得調(diào)節(jié)R5時可調(diào)節(jié)三角波的占空比。2.三角波輸入濾波電路：通過濾波作用將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波，輸出正弦波的幅值由R6、R7、R8調(diào)節(jié).第三章 電路方案設(shè)計方案(一)：設(shè)計一個產(chǎn)生方波三角波正弦波函數(shù)轉(zhuǎn)換器包括同相滯回比較器和積分電路組成與濾電路3.1方波三角波轉(zhuǎn)換電路（如圖3.1所示） 此部分由同相滯回比較電路和積分電路組成。同相滯回比較器的輸出高、低電平分別為U

7、oh=+Uz,Uol=-Uz，也即為方波的幅值。滯回比較器的閾值電壓±Ut為三角波的峰峰值。圖3.13.2三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路（如圖3.2）濾波法實現(xiàn)三角波與正弦波的轉(zhuǎn)換。要求輸入三角波電壓U1的最低頻率為fmin，則其最高頻率fmax小于3fmin，就可以利用低通濾波器或帶通濾波器將三角波變換為正弦波.將三角波按傅里葉級數(shù)展開其中Um是三角波的幅值 UI(wt)=8/（*）Um(sin wt-1/9sin 3wt+1/25sin 5wt-)圖3.2總電路圖如下圖3.3所示圖3.3方案(二)： 方波三角波轉(zhuǎn)換電路與方案一相同，三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路用折線法實現(xiàn)，其電路頻率可選較大差值。

8、總電路圖如圖3.4所示。圖3.4方案論證：我選的是第一個方案，上述兩個方案均可以產(chǎn)生三種波形。方案二的電路復(fù)雜，有過多焊接部分，而且較浪費元器件，但是方案的在調(diào)節(jié)的時候比較方便，可以很快的調(diào)節(jié)出波形。方案一電路簡潔利于焊接可以節(jié)省元器件，但是在調(diào)節(jié)波形的頻率值時有一定的限度，由于整個電路時一起的只要調(diào)節(jié)前面部分就會影響后面的波形，所以選用方案一也可以達(dá)到要求。第4章 單元電路設(shè)計與計算4.1方波三角波轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計與計算1.方波三角波產(chǎn)生電路. 方波或矩形波包含極豐富的諧波,因此這種電路又稱為多諧振蕩電路.它是在遲滯比較器的基礎(chǔ)上,增加了一個由R C組成的積分電路,把輸出電壓經(jīng)過R C反饋到比

9、較器的反相端.在比較器的輸出端引入限流電阻R和兩個背靠背的雙向穩(wěn)壓管就組成了雙向限幅房波發(fā)生電路.由于比較器中的運放處于正反饋狀態(tài),因此一般情況下,輸出電壓V0與輸入電壓V1不成線性關(guān)系,只有在輸出電壓V0發(fā)生跳變瞬間,集成運放兩個輸入電壓才可近似等于零,即Vid=0或Vp=Vn=V1是輸出電壓V0轉(zhuǎn)換的臨界條件。在接通電源的瞬間，輸出電壓究竟偏于正向飽和還是負(fù)向飽和，那純屬偶然。設(shè)輸出電壓偏于正飽和值，即V0=Vz,時,加到電壓比較器同相端的電壓為+FVz,而加于反向端的電壓,由于電容器C上的電壓Vc不能突變,只能由輸出電壓V0通過電阻R按指數(shù)規(guī)律向C充電來建立,充電電流為i+.顯然,黨加到

10、反向端的電壓VC略正于+FVz時,輸出電壓便立即從正飽和值(+Vz)迅速翻轉(zhuǎn)到負(fù)飽和值(-Vz),-Vz又通過R對C進(jìn)行反向充電. 通常將矩形波為高電平的持續(xù)時間與振蕩周期的比稱為占空比,對稱方波的占空比為50%.如需產(chǎn)生占空比小于或大于50%的矩形波,只需適當(dāng)改變電容C的正 反向充電時間常數(shù)即可.三角波發(fā)生電路2.參數(shù)計算方波 周期、頻率計算：T=2RCln（1+2R1/R2） f=1/T 幅值： 設(shè)計要求方波的幅值為±2V，則可令穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為2V且R1為100K的電位器。三角波（三角波的占空比要求可調(diào)，可在反向輸入端和輸出端接上二極管 和一個電位器（100K），二極管選用1N

11、4007.。）幅值： 周期、頻率： 三角波的幅值為±1V， 其中R6=0.5R5,可令電容C=1uf，根據(jù)所求結(jié)果可令R4、R5均為1K的電位器，因為要求三角波的占空比可調(diào)，所以R4和R5之間用兩個二極管以相反的方向連接。設(shè)計要求最終輸出的信號為0.2KHz20KHz。可求得R2=50K，R3=1K。4.2三角波正弦波轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計與計算 濾波法將三角波轉(zhuǎn)換為正弦波通過仿真為使正弦波的幅值可大范圍調(diào)節(jié)可令R6為100K的電位器，而R7=R8=1K，電容C的大小為1uf。第5章 實驗、調(diào)試及測試結(jié)果與分析5.1實驗儀器直流穩(wěn)壓電源，示波器5.2調(diào)試方法靜態(tài)調(diào)試：用萬用表主要是蜂鳴檔對電

12、路板進(jìn)行靜態(tài)測試，目的主要是為了防止虛焊或者漏焊。動態(tài)測試靜態(tài)調(diào)試沒有問題之后方可以到實驗室進(jìn)行動態(tài)測試，要注意直流電源的接入方法。動態(tài)測試要逐步調(diào)節(jié)，先測試方波的幅值，輸出波形頻率范圍等。再對三角波正弦波進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試。然后對電路進(jìn)行動態(tài)測試。主要是測試方波、三角波、正弦波的振蕩頻率的調(diào)節(jié)范圍。注意用示波器測量幅值必須把所有的微調(diào)都調(diào)到順時針頂端。在測量之前必須把波形先調(diào)好，只有在波形不失真的情況下才能測量參數(shù)，否則所測數(shù)據(jù)沒有任何意義。5.3性能測試及分析5.3-1方波三角波 方波測試結(jié)果要求誤差峰峰值（V）4.19V4V0.0475頻率0.6KHz11KHz0.2KHz20KHz三角波測

13、試結(jié)果要求誤差峰峰值(V)1.44V2V-0.28頻率0.6KHz11KHz0.2KHz20KHz5.3-2正弦波測試結(jié)果要求誤差峰峰值（V）3.824-0.045頻率0.6KHz11KHz0.2KHz20KHz誤差分析：1、方案設(shè)計時對頻率的要求考慮不夠，使得頻率難以達(dá)到要求所需的值；2、測量儀器本身有問題導(dǎo)致所測數(shù)據(jù)不能滿足要求，外部干擾使得測量值存在誤差；3、焊接電路時焊點處有電阻被忽略，連接的線路也有電阻；4、調(diào)試時間過長電路溫度升高，使得一些元件的電阻發(fā)生變化；5、對電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)時，由于是手動控制，難以準(zhǔn)確的到達(dá)所需的阻值；6、實驗所給元器件數(shù)目有限，精確也有一定限度。5.4實驗過

14、程中的故障、原因及排除方法1、首次調(diào)試時，LM324芯片兩端加12v電壓，結(jié)果芯片發(fā)熱很嚴(yán)重。通過檢查焊接電路，發(fā)現(xiàn)芯片兩端連接電源的引腳連接錯誤。調(diào)整好引腳后，芯片通電時不在嚴(yán)重發(fā)熱 。2、調(diào)試時沒有波形出現(xiàn)。用萬用表 測量各個結(jié)點是否有電流通過，以便檢查電路連接是否正常。3、調(diào)節(jié)電位器時，波形的沒有任何變化。可能是電位器的連接方法有問題，也可能是電位器本身無法調(diào)節(jié)。第六章 結(jié)論與心得1.實現(xiàn)本次實驗的方法不唯一，但相較而言，方案一所用的元器件最少，提高了實驗電路的穩(wěn)定性，且實驗的調(diào)節(jié)方法也很簡單，做到了節(jié)約、簡便、迅速的基本要求。2.進(jìn)行實驗時為了便于調(diào)節(jié)參數(shù)，選用了較多的電位器，實際上有的電位器可以用定值電阻代替而不影響實驗結(jié)果。3. 方波的輸出幅度約等于電源電壓+Vcc.三角波的輸出幅度不超過電源電壓+Vcc。電位器Rp1可以實現(xiàn)幅度的微調(diào)，但會影響方波三角波的頻率。4.本次實驗提高了同學(xué)們的分工合作精神，使同學(xué)們學(xué)會了如何設(shè)計電路，熟練了電路焊接方法以及掌握調(diào)試方法與測試參數(shù)，同時還提高了同學(xué)們的動手能力和測試技術(shù)能力。第七章 參考文獻(xiàn) 1、童詩白 華成英 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社2、物理與電子信息學(xué)院 基礎(chǔ)電路實驗指導(dǎo)書3、謝自美 電子線路設(shè)計4畢滿清編 電