数字电路方波三角波发射器设计(共16页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录摘要I1电路设计总方案及原理1 1.1 电路设计原理11.2 电路设计方案12各组成部分的工作原理22.1 方波发生电路的工作原理22.2方波-三角波转换电路的工作原理32.3 三角波-正弦波转换电路的工作原理62.4 电路的参数选择及计算 82.5 总电路图93电路仿真103.1 方波-三角波发生电路的仿真103.2 三角波-正弦波转换电路的仿真114函数发生器的调试124.1调试过程与结果分析124.2调试结果的分析及结论125 心得体会13参考文献14专心-专注-专业摘 要本数字电子设计是通过555定时器进行函数发生器的课程设计。首先，由555定时器构成的

2、多谐自激震荡器得到方波；然后方波通过一阶RC积分电路得到三角波；最后三角波再通过二阶RC积分电路得到正弦波。在确定了系统的的总设计方案之后，我们根据以往的知识及查阅的信息得出了系统的设计框图。再就是硬件设计，采用模块设计方法。最关键的就是波形发生的设计，要仔细设计各个波形发生的程序原理和电路。最后也就是仿真，通过仿真软件Protues进行仿真，这是对前面所有的工作进行核实及改进。 关键词：555定时器；正弦波；方波；三角波正弦波振荡电路；积分电路；Protues1电路设计总方案及原理框图1.1 电路设计原理框图图1.1电路设计原理框图1.2 电路设计方案 所用到的函数发生器是指能自动产生正弦波

3、、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器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)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由通过555定时器进行函数发生器的设计，电路简单，成本低廉。555定时器是集模拟电路和数字电路为一体的中规模集成电路，只要适当配接少量的外围元件，可以方便的构成脉冲产生电路、脉冲变换电路及其它具有定时功能的电路。 产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，由555定时器构成的多谐自激震荡器得到方波；方波通过一阶RC积分电路得到三角

4、波；三角波再通过二阶RC积分电路得到正弦波。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。本课题采用先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法， 由比较器和积分器组成方波三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。2各组成部分的工作原理2.1 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U=+U,则同相输

5、入端电位U=+U。U通过R对电容C充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷，U于+U；但是，一旦U=+U,再稍增大，U从+U跃变为-U,与此同时U从+U跃变为-U。随后，U又通过R对电容C反向充电，如图中虚线箭头所示。U随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，U趋于- U；但是，一旦U=-U,再减小，U就从-U跃变为+U，U从-U跃变为+U，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。图2.1方波发生电路2.2 方波-三角波转换电路的工作原理a图2.2 方波三角波产生电路 图2.3 比较器压的电传输 图2.4方波转换为三角波示意图工作原理如

6、下:若a点断开，运算发大器A与R、R及R、RP组成电压比较器，C为加速电容，可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压，即U=0，同相输入端接输入电压U，R称为平衡电阻。比较器的输出U的高电平等于正电源电压+V，低电平等于负电源电压-V（|+V|=|- V|）, 当比较器的U= U=0时，比较器翻转，输出U从高电平跳到低电平-V,或者从低电平V跳到高电平V。设U=+ V,则 将上式整理，得比较器翻转的下门限单位U-为若U=- V,则比较器翻转的上门限电位U为比较器的门限宽度 由以上公式可得比较器压的电传输特性，如图2.3所示 a点断开后，运放A与R、RP、C及 R组成反相积分器，其输入信号为方

7、波U，则积分器的输出U为：U=+V时， U=+V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，a点闭合，既比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为： 方波-三角波的频率f为:由以上两式可以得到以下结论：电位器RP在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求输出频率的范围较宽，可用C改变频率的范围，RP实现频率微调。方波的输出幅度应等于电源电压+V三角波的输出幅度应不超过电源电压+V。电位器RP可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。2.3 三角波-正弦波转换电路的工作原理 图2.5 三角波正弦波转换电路三角波

8、正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。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25时，U26mV。如果U为三角波，设表达式为式中三角波的幅度； T三角波的周期。为使输出波形更接近正弦波，由图可见：传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；三角波的幅度U应正好使晶体管接近饱和区或截止区。图为实现三角波正弦波变换的电路。其中RP调节三角波的幅度，RP调整电路的对

9、称性，其并联电阻RE用来减小差分放大器的线性区。电容C, C,C为隔直电容，C为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。 图2.6 三角波正弦波变换电路图图2.7三角波正弦波变换2.4电路的参数选择及计算2.4.1.方波-三角波中电容C变化 实物连线中，我们一开始很长时间出不来波形，后来将C从10uF（理论时可出来波形）换成0.1uF时，顺利得出波形。实际上，分析一下便知当C=10uF时，频率很低，不容易在实际电路中实现。2.4.2.三角波-正弦波部分 比较器A和积分器A的元件计算如下。由上式得 即 取R=10k，则R+RP=30k，取R=20 k，RP为47k的点位器。区平衡电阻由式 当1H

10、z10Hz时，取C=10uF，则R+RP=(757.5)k，取R=5.1k，为100k电位器。当10Hz100Hz时 ，取C=1uF以实现频率波段的转换，R及RP的取值不变。取平衡电阻为R=10 k。三角波正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C、C、C要取得较大，因为输出频率很低，取C=C=C=470uF，滤波电容C视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，C可取得较小，C一般为几十皮法至0.1微法。RE=100与RP=100相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP及电阻R*确定。2.5 总电路图2.5.1通过在Prutues上所画的总电路图

11、图2.8 三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路的仿真图2.5.2三角波发生电路 2.5.32.5.43电路仿真3.1 在proteus仿真的方波与三角波示意图方波仿真结果：示波器出现清晰的方波波形图形，调节频率和幅度按钮可见波形频率和幅度出现较为明显的变化，方波波仿真图如下图。图3.1 方波仿真波形三角波仿真结果：示波器出现光滑的清晰的三角波图形，调节频率和幅度按钮可见波形频率和幅度出现较为明显的变化，仿真很成功。三角波仿真图如下图。图32 三角波仿真波形方波三角波仿真结果：示波器出现光滑的清晰的方波三角波形图形，调节频率和幅度按钮可见波形频率和幅度出现较为明显的变化，仿真很成功。方波三角波

12、转换仿真图如3.3所示。图3.3 方波三角波仿真波形3.2用proteus仿真 三角波-正弦波转换电路的仿真图3.4三角波正弦波波仿真波形4函数发生器的调试4.1 调试过程与调试结果安装方波三角波产生电路：把两块741集成块插入面包板，注意布局；分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器的接法；按图接线，注意直流源的正负及接地端。调试方波三角波产生电路：接入电源后，用示波器进行双踪观察,调节RP使三角波的幅值满足指标要求；调节RP，微调波形的频率；观察示波器，各指标达到要求后进行下一部安装。安装三角波正弦波变换电路：在面包板上接入差分放大电路，注意三极管的各管脚的接线；搭生成直流源电路，注意R*

13、的阻值选取；接入各电容及电位器，注意C的选取；按图接线，注意直流源的正负及接地端。调试三角波正弦波变换电路：接入直流源后，把C接地，利用万用表测试差分放大电路的静态工作点；测试V，V的电容值，当不相等时调节RP使其相等；测试V，V的电容值，使其满足实验要求；在C端接入信号源，利用示波器观察，逐渐增大输入电压，当输出波形刚好；不失真时记入其最大不失真电压。调试结果表明，各项指标基本达到最初设计的目标。4.2调试结果分析及结论方波输出的峰峰值小于2V,因为运放输出级是由NPN或PNP两种晶体管组成的符合互补对称电路,输出方波时,两管截止或饱和导通,导通时受输出电阻的影响,是方波输出幅度小于电压值。

14、当比较器与积分器首尾相连,形成比环电路时,三角波的幅度为，为了使输出的三角波的峰峰值为4v,可以调整RP的值。电位器RP在调整方波-三角不波的输出频率时,一般不会影响输出波形的幅度.若要求输出频率范围较宽,可用C和C改变频率的范围, RP实现频率微调。5 心得体会 首先，衷心感谢我的指导老师陈老师。陈老师对于相关领域技术发展方向的把握，严谨求实的治学态度，使我受益匪浅。值此论文完成之际，谨向杨老师表示衷心的感谢！转眼间几周过去了，这次的电子课程设计也接近了尾声，经过几周的奋战我的设计终于完成了。做设计以后觉得自己的看法有点太片面，设计不仅是对以前所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高

15、。通过这次设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次的课程设计作品的制作让我对数字电子及模拟电子的理论有了更加深入的了解，同时在具体的制作过程中我们发现现在书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这方的问题，这让我们无法根据书上的理论就轻易得到预想中的结果，有时结果甚至差别很大。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在此要感谢我的指导老师陈老师对我悉心的指导，感谢老师给我这样的机会锻炼。在整个设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次设计的最大收获和财富，使我终身受益。参