太原理工电路CAD课程设计,波形发生器

1、电路CAD课程设计报告设计题目：波形发生器专业班级：电信0703班学 号：07002376学生姓名： 王瑞成.专业资料.题目波形发生器一、设计任务与要求1. 设计要求:使用集成运放设计一个波形发生器，产生一个频率为 fo= 5 kHz的方波，其电压幅 度为+VS = | VS| = 14V。同时产生一个频率为fo = 5kHz的三角波，其幅度为+Vt = | V| = 5V。波形发生器方框图见图(图1)。波形发生器方框图2. 设计任务：(1) 方波发生器设计；(2) 三角波发生器设计;(3) 电源电路设计。、方案设计波形发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形 的

2、电压或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的波形发生器，使用的器件可以是分 立器件(如视频信号函数发生器 S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数 发生器模块5G8038。本次波形发生器设计要求产生方波和三角波，矩形波发生电路是其它非正弦发生电路的基础，当方波电压加在积分运算电路的输入端是，输出就获得三角波电压。 而矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部 分；因为产生振荡，就要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因 为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来 确定每种状态维持的

3、时间。系统原理框图如下示:模拟电路实现方案用正弦波发生器产生正弦波信号，然后用过零比较器产生方波，再经积分电路产生三 角波，电路框图如上示。此电路结构简单，且有良好的正弦波和方波信号。但经过积分电路 产生同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，且随着方波 信号频率的改变，积分电路输出的三角波的幅度同时改变。若要同时保持三角波的输出幅度 不变，须同时改变积分时间常数的大小。系统原理框图如下示:波形发生器方框图若用运放完成，贝诞定用比较器，比较器器有好多种，比如单限比较器，滞回比较器， 窗口比较器等等。虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。滞回比较器具有滞回特性， 即具

4、有惯性，因而也就是具有一定的抗干扰能力。从而选择滞回比较器。由于本次波形发生器设计要求产生方波和三角波，矩形波发生电路是其它非正弦发生 电路的基础，当方波电压加在积分运算电路的输入端是，输出就获得三角波电压。而矩形波 电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为 产生振荡，就要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状 态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种 状态维持的时间。三、单元电路设计1矩形波发生器电路矩形波发生电路是其它非正弦发生电路的基础，当方波电压加在积分运算电路的输入 端是，输出

5、就获得三角波电压。而矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所 以电压比较器是它的重要组成部分； 因为产生振荡，就要求输出的两种状态自动地相互转换， 所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化， 所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。下图（图4）是矩形发生器电路，它由反相输入的滞回比较器和 RC电路组成。RC回路 既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过 RC充，放电实现输出状态的自动转换。原理：将输出电压U0经过RC积分电路，利用电容的充放电电压取代外加输入信号送入比较 器反相端，与同相端上的门限电压相比较，使比较器的输出不断发生转化，从而

6、形成高低电 平周期性交替的矩形振荡波形。接通电源的瞬间，电容C的初始电压为0,电路输出电压U0使高电平或者低电平是随机的，假设输出电压为高电平U0=+UZ则运放的同相输入端电位是U+=UT+.(1) u0通过R对电容C正向充电，使UC增加，当UC上升到略大于UT+,比较器输出电压发生反转，U0由+UZ变为-UZ,同相端的电位 U+由 UT+变为UT-0(2) UC通过T对电容反向放电，使UC减小，当UC减小到略小于UT-，比较器输出电压发生反转，U0由-UZ变为+UZ同相端的电位 U+由 UT-变为UT+2三角形波发生器电路在方波发生电路中，当滞回比较器的阈值电压数值比较小时，可将电容两端的电

7、压看 成为近似三角波。但是，一方面这个三角波的线性度较差，另一方面带负载后将使电路的性 能产生变化。实际上，只要将方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算的输出就得到三角波电压。如图(6)所示3. 电源电路本设计还要求有电源电路。稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压U0、输出电流I。、输出纹波电压 UOp-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极 管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。图（7）为稳压电源.四、单元电路计算1.频率计算公式：r_41R3C由于R3是可调电阻，可调范围为O1OOK所以频率f的可调范围为50050M当可调电 阻R3为1OK

8、时，达到本次设计要求的5KHz在本次设计中，为了满足负载的需要，在集成运放的输出端加稳压管限幅电路，从而获 得合适的Ut。为了产生幅度相同的矩形波，两个稳压管的特性必须相同，如图（6）。本次设计采用两稳压管反向串接，其中稳压电压为14V,正向导通电压为0.9717V。所以Uz 的值为 14.9717V。2幅度的计算公式： Ut= R1UZ/R2 Ut= 14.9717V。如果电路图仅此而已，如下图（8）所示，则幅度改变的话，频率就跟着改变。如何使 调频率和调幅度不相互影响？1 K OhmO幅度改变频率就跟着改变的信号发生器对应图（8）的信号发生器输出波形可以在输出端Ut处加一跟随器，这样调频和

9、调幅可互不影响。如下图图（10）所示:调频和调幅可互不影响的信号发生器对应图（10）的调频和调幅可互不影响的信号发生器输出波形这样调频率则调R3,调方波幅度则调R6,调三角波幅度则调R7,所以方波输出幅度的范围为0V14.9717V,当电阻R6为20K*6%=1.2K时，达到本次设计的要求14V。三角波输出幅度范围为0V14.9717V,当电阻R7为20K*66%=13.4K时，达到本次设计的要求 5V。五、总原理图及元器件清单1 总原理图（1）用EW仿真设计a.用EW绘制的电路图:EWB绘制波形发生器b用EW仿真的波形图5Z254“ I7252.4777n sT2-T1254-S085一 L

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