《多功能波形发生器》课程设计报告.docx

天津职业技术师范大学电子工程学院多功能波形发生器课程设计报告 同组学生姓名（学号）：李启航、邢芳芳、张申、张旋班 级： 电气信息 1006 班 任务分工：李启航：设计电路并进行电脑仿真，调试电路； 邢芳芳：查阅资料并提供方案并参与模拟仿真； 张申：焊接电路并参与电路的安装与调试； 张旋：负责撰写课程设计及实验总结的工作 设计时间： 2012年05月02日2012年05月06日指导教师： 王雪 、 赵凌云 目 录一、 课程设计的目的与要求.3二、 方案论证选择.3三、 原理设计.4四、 方案实现与测试.7五、 课程设计小结.81、 课程设计的目的与要求（含设计指标）设计目的及要求：设计并制作用分立元件和集成运算放大器组成的能产生方波、三角波和正弦波的波形发生器。设计指标1）输出波形：正弦波、三角波、方波。2）采用以集成运算放大器和晶体管为核心进行设计。3）设计参数性能指标要求：频率：160Hz输出电压：方波10V；三角波6V；正弦波4V；二、设计过程：方波发生器1、 电路组成方波三角波发生器的工作原理：方波三角波发生器的工作原理如图2-3-1所示。图中第一级运算放大器A1构成滞回比较器，第二级运算放大器A2构成积分电路，第二级的输出又反馈到第一级运算放大器的同相输入端。图2-3-1中，滞回比较器的输出电压为uo1,积分运算电路的输出电压uo滞回比较器的输入电压，根据叠加原理，可得出运算放大器A1同相输端的电位为u+=R2uo/(R1+R2)+R1uo1/(R1+R2) (2-3-1)因为滞回比较器的输出电压uo1=Uo1，假设t=0时积分电容的初始电压为零，uo=0，滞回比较器的输出电压uo1=+Uo1时u+=R2/(R1+R2)u+R1Uo1/(R1+R2）经反向积分，输出电压u将随着时间往负方向线性增长，u将随之减少，当减少至零时，滞回比较器翻转，输出端uO1从+UO1翻转为-UO1。当uO1=UO1时，积分电路的输出电压uO1将随着时间往正方向线性增长,有u+=R2uo1/(R1+R2)-R1Uo1/(R1+R2)。u+将随之增长，当增长到零时，滞回比较器再次翻转，输出端uo的上升时间和下降时间相等，斜率绝对值相等，故uo为三角波。RC桥式正弦波振荡器图二所示为RC桥式正弦波振荡器。其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R1,R2,Rw及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器Rw，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管D1，D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D1，D2采用硅管，且要求特性匹配，才能保证输出波形正负半周对称。R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。电路的振荡频率为 f=1/2RC起振的幅值条件为方波发生器2、 电路组成方波三角波发生器的工作原理：方波三角波发生器的工作原理如图2-3-1所示。图中第一级运算放大器A1构成滞回比较器，第二级运算放大器A2构成积分电路，第二级的输出又反馈到第一级运算放大器的同相输入端。图2-3-1中，滞回比较器的输出电压为uo1,积分运算电路的输出电压uo滞回比较器的输入电压，根据叠加原理，可得出运算放大器A1同相输端的电位为u+=R2uo/(R1+R2)+R1uo1/(R1+R2) (2-3-1)因为滞回比较器的输出电压uo1=Uo1，假设t=0时积分电容的初始电压为零，uo=0，滞回比较器的输出电压uo1=+Uo1时u+=R2/(R1+R2)u+R1Uo1/(R1+R2）经反向积分，输出电压u将随着时间往负方向线性增长，u将随之减少，当减少至零时，滞回比较器翻转，输出端uO1从+UO1翻转为-UO1。当uO1=UO1时，积分电路的输出电压uO1将随着时间往正方向线性增长,有u+=R2uo1/(R1+R2)-R1Uo1/(R1+R2)。u+将随之增长，当增长到零时，滞回比较器再次翻转，输出端uo的上升时间和下降时间相等，斜率绝对值相等，故uo为三角波。RC桥式正弦波振荡器图二所示为RC桥式正弦波振荡器。其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R1,R2,Rw及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器Rw，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管D1，D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D1，D2采用硅管，且要求特性匹配，才能保证输出波形正负半周对称。R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。电路的振荡频率为 f=1/2RC起振的幅值条件为Rf/R1>=2其中：Rf=Rw+R2+（R3/rD）, rD为二极管正向导通电阻。 调整反馈电阻Rf（调节Rw），使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大Rf。如波形失真严重，则应适当减小Rf。 改变选频网络的参数C或R，即可调节振荡频率。一般采用改变电容C作频率量程切换，而调节R作量程内的频率细调。1 方波-三角波发生器有集成运放构成的方波发生器和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。图二所示为由滞回比较器及简单RC积分电路组成的方波三角波发生器。它的特点是线路简单但三角波的线性度较差。主要用于产生方波或对三角波要求不高的场合，主要电路参数如下。电路振荡频率为f=1/其中R1=R1+Rw；R2=R2+Rw”。方波输出幅值Uom=Uz。三角波输出幅值Ucm=R2*Uz/(R1+R2)。调节电位器Rw，可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随之变化。如要互不影响，则可通过改变Rf或Cf来实现振荡频率的调节。2 三角波和方波发生器如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图三所示，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波这样即可构成三角波，方波发生器。 图四所示为方波三角波发生器输出波形图。由于采用运放组成的积分电路，因此可实现横流充电，使三角波线性大大改善，主要电路参数如下。电路振荡频率f0=R2/4R1(Rf+Rw)Cf。方波幅值Uom=Uz。三角波幅值Uom=R1/R2*UZ。调节Rw可以改变振荡频率，改变比值R1/R2可调节三角波的幅值。三、 方案实现与测试（或调试）1 RC桥式正弦波振荡器按图所示连接实验电路（1） 接通正负12V电源，调节电位器Rw，使输出波形从无到有，从正弦波到出现失真。描绘Uo的波形，记下临界起振，正弦波输出及失真情况下的Rw值分析负反馈强弱对起振条件及输出波形的影响。（2） 调节电位器Rw，使输出电压Uo幅值最大且不失真，用交流毫伏表分别测量输出电压Uo，反馈电压u+和u-,分析研究振荡的幅值条件。（3） 用示波器或频率计测量振荡频率f，然后再选频网络的两个电阻R上并联同一阻值电阻，观察记录振荡频率的变化情况，并于理论值进行比较。（4） 断开二极管D1 D2，重复（2）的内容，将测试结果与（2）作比较，分析D1、D2的稳幅作用。（5） RC串并联网络幅频特性观察。将RC串并联网络与运放断开，有函数信号发生器注入3V左右正弦信号，并用双踪示波器同时观察RC串并联网络输入、输出波形。保持输入幅值不变，从低到高改变频率，当信号源达到某一频率时，RC串并联网络输出将达最大值约1V，且输入输出同相位。此时的信号源频率为f=f0=1:2RC2.方波发生器 按图所示，连接实验电路。（1） 将电位器Rw调至中心位置，用双踪示波器观察并描绘方波uo及三角波uc的波形，测量、记录其幅值及频率。（2） 改变Rw动点的位置，观察u0和uc幅值及频率变化情况。把动点调至最上端和最下端，测量、记录频率范围。（3） 将Rw恢复至中心位置，将一只稳压管短接，观察uo波形，分析Dz的限幅作用。3.三角波和方波发生器（1）将电位器Rw调至合适位置，用双踪示波器观察并描绘三角波输出u0及方波输出uo1，其幅值、频率及Rw值，记录测量结果。（2）改变Rw的位置，观察对uo、u0幅值及频率的影响。（3）改变R1或R2，观察对uo、uo1幅值及频率的影响。四、电路仿真 正弦波方波三角波五、总体电路图六、主要元件清单排针若干 运放UA741 3个 稳压二极管1n4733 2个 二极管1n4007 2个 电位器 470 1个 50k 1个 电容 0.1F 3个 电阻 680 1个 1k 1个 9.1k 1个 200 1个 22k 1个 10k 2个七、实验总结在设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，电路的焊接要一步一步来，焊点多，走线复杂。这又要我们要灵活处理，一边操作一边构思，在不影响试验的前提下加快进度。另外就是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。这是应用课本知识的大好时机。八、参考文献朱卫东电子技术试验教程李震梅，房永钢电子技术试验与课程设计康华光电子技术基础模拟部分姚彬电子元器件与电子实习实训教程董玉冰Multsim9在电工电子技术中的应用 清华大学出版社