模电课程设计林红(恢复)

1、 模拟电子技术课程设计报告题目名称: 设计制作一个产生方波三角波正弦 波函数转换器专 业: 电子信息科学与技术 班 级: 12级2班 姓 名: 学 号: 指导老师: 电子通信与物理学院日 期: 2014 年 6 月 18 日教师评语： 指导老师： 成绩：题目：设计制作一个产生方波三角波正弦波函数转换器。设计任务和要求     输出波形频率范围为0.2KHz20kHz且连续可调；     正弦波幅值为±2V，；     方波幅值为2V；   

2、60;  三角波峰-峰值为2V，占空比可调； 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）正文：信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬

3、火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。 一、设计框图电源电路方波-三角波转换电路三角波-弦波转换电路 组合设计总电路二、设计原理1直流电源在电子电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电。频率为50Hz、电压为220V的单向交流市电经电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压其方框图如下图所示，下面就各部分的功能加以介绍。稳压电路滤波电路整 流电路电源变压器220V市电 首先，市电220V不能够对大部分的电子电路及电子设备直接供电，需用变压器将220V电压降压。对于变压器，功能主要有三个：传交隔直、交流电压变化、阻抗变换。选择合适的匝数比，将

4、220V，交流电转化为合适的电压值，实现降压的过程。 其次，对低电压的交流电进行整流，本设计采用了桥式全波整流，与半波整流相比，全波整流最大的特点是充分利用了正负半周的信号。桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，四只整流二极管接成电桥形式，故称桥式整流。 在交流电的正半周，D1、D3导通，D2、D4截止，在负载RL上得到一半波整流电压。将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。 再次，整流后，还需利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。本

5、设计采用储能电容滤波从整流全桥输出的单项脉动电压信号在上升段给电容充电，下降时电容向负载放电从而使电压不会马上掉下来，相当于滤波后输出了一个直流电压信号。电容容量越大，所储存的能量越多，在整流信号下降时给负载提供的能量越多，所以滤波之后的波形较为平缓，电源的质量就越好。最后，虽然整流滤波电路能将交流电压变为比较平滑的直流电压，但是一方面，由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时，输出电压平均值将随之产生相应的波动：另一方面，由于整流滤波电路电阻的存在，当负载变化时，内阻上的电压随之变化，于是输出电压平均值也将随之发生相应的变化。为稳定输出电压，要对输出的电流进行稳压，

6、稳压方式有多种：稳压二极管建议稳压、设计跟随器稳压、集成电路稳压等，本次设计采用集成电路LM117稳压，把电源的正极接入LM117的输入脚，117的地脚同桥的地脚相连，117输出脚和它的地脚这两点就是输出12V的正极和负极。2波形产生及转换产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本文采用电压比较器先产生方波，积分运算产生三角波，再通过差分放大电路将三角波变换成正弦波的电路设计方法，本文中函数发生器电路组成框图如下所示： 差 分 放 大电 路积

7、分 运 算电 路电 压 滞 回比 较 器【1】 方波发生电路的工作原理此电路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。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+Ut，Uo通过电阻对电容正向充电。反相输入端电位Un随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过电阻对电容C反向充电。Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃

8、变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。【2】 方波-三角波转换电路的工作原理运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia，R1称为平衡电阻。比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。设Uo1=+Vcc,则 将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为 若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为 比较器的门限宽度后一部分反相积

9、分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为时，时，可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波。【3】 三角波-正弦波转换电路的工作原理差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。分析表明，传输特性曲线的表达式为：式中差分放大器的恒定电流；温度的电压当量，当室温为25oc时，UT26mV。如果Uid为三角波，设表达式为式中Um三角波的幅度； T三角波的周期。【4】总电路图 将直流电源及各模块连接成总的电路图如下：

10、三、电路仿真结果12V直流电源仿真结果：方波产生：输出三角波：输出正弦波：四、仪器仪表清单元件序号型号主要参数数量A7412R10K1R2K1R1K3R10K5R50K2双联通滑阻器50K3500 K2R100K2D2N2222A4发光二极管2C470uF5C1uF4C800pF2C3.3mF5三端稳压管LM7812CT1五、心得体会在为期近一个月的课程设计已经结束，期间的学习、设计、及电路搭建过程中我感触颇深，使我对抽象的理论有了具体的认识。通过对函数信号发生器的设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、搭建方法；以及如何提高电路的性能等等。通过该实验，我对RC振荡电路，滞回比较器，反向积分运算电路有了更进一步的了解，将课本上所学的抽象的理论知识运用于实验中，并加强了我的动手能力在做RC振荡电路的实验中，波形产生了交越失真，没有很好的达到要求。让我了解最深的是，对方波产生电路，如果用单限比较器，输入电压在阈值电压附近的任何微小变化，都将引起输出电压的变化，即其抗干扰能力差，所以我选择用滞回比较器，它使输出方波更理想。在实验过程中，我遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。在