设计制作一个产生正弦波—方波—三角波函数转换器

1、精选优质文档-倾情为你奉上模拟电路课程设计报告 设计课题:设计制作一个产生正弦波方波三角波函数转换器专业班级： 电信本 学生姓名： 学号：46 指导教师： 设计时间： 01/05 设计制作一个产生正弦波方波锯齿波函数转换器一、设计任务与要求 1、 输出波形频率范围为0.02KHz20kHz且连续可调；2、 正弦波幅值为±2V；3、 方波幅值为2V；4、 三角波峰-峰值为2V，占空比可调；5、 分别用三个发光二极管显示三种波形输出；  6、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

2、）。二、方案设计与论证设计要求产生三种不同的波形分别为正弦波、方波、三角波。正弦波可以通过RC桥式正弦波振荡电路产生。正弦波通过滞回比较器可以转换成方波，方波通过一个积分电路可以转换成三角波，只要调节三角波的占空比就可以得到锯齿波。各个芯片的电源可用直流电源提供。方案一1、直流电源部分电路图如图1所示图1 直流电源2、波形产生部分 正、反积分时间常数可调的积分电路方案一： 滞回比较器 LC正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路与RC桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相似的，只是选频网络采用LC电路。在LC振荡电路中，当f=f0时，放大电路的放大倍数数值最大，而其余频率的信号均被衰减到零；引入正

3、反馈后，使反馈电压作为放大电路的输入电压，以维持输出电压，从而形成正弦波振荡。方案二1、 直流电源部分同上2、电路图如图2所示图2 正弦波方波三角波函数转换电路 方案论证LC正弦波振荡电路特别是方案一所采取的电感反馈式振荡电路中N1与N2之间耦合紧密，振幅大；当C采用可变电容时，可以获得调节范围较宽的振荡频率，最高频率可达几十兆赫兹。由于反馈电压取自电感，对高频信号具有较大的电抗，输出电压波形中常含有高次谐波。因此，电感反馈式振荡电路常用在对波形要求不高的设备之中，如高频加热器、接受机的本机振荡电路等。另外由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高，所以放大电路多采用分立元件电路，必要时还应采用共基

4、电路。因此对于器材的选择及焊接的要求提高了。 相反，RC正弦波振荡电路的振荡频率较低，一般在1MHz以下，它是以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络，以电压串联负反馈放大电路为放大环节，具有振荡频率稳定，带负载能力强，输出电压失真小等优点，因此获得相当广泛的应用。另外对于器材的要求也不高，都是写常见的的集成块、电容、电位器等。在布局方面，简单，清晰！ 综合对比两种方案，我选择第二种方案。三、单元电路设计与参数计算 1、直流电源（1）、整流电路设变压器副边电压U2=,U2为其有效值。 则：输出电压的平均值 输出电流的平均值 IO(AV)=0.9U2/RL脉动系数 S=2/3=0.67二极管的选择

5、 最大镇流电流IF>1.1 最高反向工作电压URM>1.1（2）、滤波电路 UO(AV)=U2(1-T/4RLC) 当RLC=(35)T/2时，UO(AV) =1.2U2脉动系数为 S=滤波后的电压：（3）、稳压电路 在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。限流电阻R是必不可少的元件，它既限制稳压管中的电流使其正常工作，又与稳压管相配合以达到稳压的目的。一般情况下，在电路中如果有稳压管存在，就必然有与之匹配的限流电阻。 1)稳压电路输入电压UI的选择： 根据经验，一般选取UI=(23)UO UI确定后

6、，就可以根据此值选择整流滤波电路的元件参数。 2)稳压管的选择： UZ=UO; IZmax-IZmin>ILmax-ILmin; 稳压管最大稳定电流IZM>=ILmax+ILmin 3）限流电阻R的选择： 通过查手册可知：IZMIN<=IDZ<=IZMAX; 计算可知:=（UImin-UZ)/(IZ+ILmax） Rmin=(UImax-UZ)/(IZM+ILmin)其中变压器用 220V15V规格的选的三端稳压器为：LM7812、LM7912，整流用的二极管可用1N4007 ，电解电容用3300uf C7与C8可用220Uf电容C3与C3可用0.3322Uf C5与C

7、6可用0.1uF ，发光二极管上的R用 1K。2、 波形转换部分（1）、RC正弦波振荡电路的参数设计 RC正弦波振荡电路图如图3所示令R2=R=R图3 RC正弦波振荡电路F=UfUo= 整理可得F=令W。=1/RC,则 f。=1/2RC,根据起振条件和幅值平衡条件 Au=U。/Up=1+Rf/R13，整理得：Rf2R1因为输出波形频率范围为0.02KHz20KHz,取C=0.22Uf,故R=(0.02K-3.6K),用5K的电位器去调，且正弦波的幅值为2V,故R1用10K的电位器，Rf用50K的电位器。正弦波发生器仿真电路图如图4所示图4 RC正弦波振荡电路的仿真电路图 方波 滞回比较器正弦波

8、方波转换器实验原理如图5所示 正弦波发生电路图5 正弦波方波转换器实验原理方框图滞回比较器如图6所示，其电压传输特性如图7所示图6 滞回比较器 图7 电压传输特性电路组成：集成运放uA741,R5,R6图6为一种电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R3起限流作用，R1和R2构成正反馈，运算放大器当Up>Uc时工作在正饱和区，而当Uc>Up时工作在负饱和区。从电路结构可知，当输入电压U小于某一负值电压时，输出电压U。= -UZ；当输入电压U大于某一电压时，uo= +UZ。又由于“虚断”、“虚短”Up=Uc=0，由此可确定出翻转时的输入电压。up用ui和uo表示，有=un=0得此

9、时的输入电压Uth称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图7所示。设输入电压初始值小于-Uth，此时uo= -UZ ；增大ui，当ui=Uth时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小ui ，当ui= -Uth时，运放则开始进入负饱和区。 由于是正弦波方波转换电路，输出端加一个限流电阻R7=2K,根据设计要求方波幅值为2V，因此选择的稳压二极管可选用稳压为3.3V的，共两个。正弦波方波转换仿真电路图如图8所示图8 正弦波方波转换仿真电路图正、反积分时间常数可调的积分电路方波锯齿波转换器实验原理如图9所示 锯齿波 方波发生电路图9 方波锯齿波转换器实验原理电路

10、组成：（1） 积分运算电路 积分运算电路如图10所示 图10 积分运算电路由于“虚地”，U-=0,故： Uo=-Uc由于“虚断”，i1=iC, 故： Ui=i1R=icR得：； = RC（积分时间常数）由上式可知，利用积分电路可以实现方波三角波的波形变换。(2)占空比可调电路方波三角波转换电路的仿真图如图11所示图11 方波三角波转换电路的仿真图 由于是方波三角波波转换电路，因此在第二个集成块的输出端加上个限流阻R5=2K,根据设计要求三角波的峰峰值为2V，且占空比可调。Uo=-Uz(t1-t0)+UO(t0) 当Uo=Uz(t2-t1)+UO(t1)T= ,取R9、R5为10K的电位器，R8

11、为50K电位器。解之可得：R6=282/T=282f=0.0968K9.68K，因此取R6=10K，积分电路中C=220nf,改变占空比的二极管可选用2个1N4007,补偿电阻R12可选取10K，以保证集成运放输入级差分放大电路的对称性。 四、总原理图及元器件清单1、总原理图 （1）、直流电流如图12所示 图12 直流电源 （2）、正弦波方波三角波函数转换电路如图13所示图13 正弦波方波三角波函数转换电路3、 元件清单元件清单如表1所示元件序号型号主要参数数量备注（价钱）变压器15V19元三端稳压器LM781211.2元三端稳压器LM791211.2元电阻68、2K、10K15K、1K3、1

12、、31、20.1元芯片Ua74131.5元电位器 5K、50K2、10.5元电位器 10K40.5元电容 0.22uf30.5元二极管1N400780.1元发光二极管50.3元稳压管 3.3V20.25元大号焊接板12.0元大电容耐压35V以上3300uf、220uf2、20.5元小电容0.1uf、0.33uf2、20.3元导线13元表1 元件清单5、 安装与调试 1、 直流稳压电源（1）、按所设计得电路图在电路板上做好布局，准备焊接电路板。（2）、用万用表测得输出为+11.9V和-12.1V，与理论值有一定的误差；并且测出7812、7912输入与输出的压差分别为+9.2和-9.2，并记录。2

13、、正弦波、方波、三角波波形转换 （1）、按照设计好的电路图正确地布局好电路，焊接电路板. （2）、经“起振”调试后用示波器可测得各输出端的波形，并记录。（3）、 用示波器读出格数，计算峰峰值；然后用数字毫伏表读出其有效值，并记录。 (4)、 调节各个电位器，用函数发生器的输入端测出各个波形的频率范围，并记录。6、 性能测试与分析 1、直流电源部分输出：+11.9V，-12.1V。稳压块电势差：LM7812为9.2V，LM7912为9.2V。误差分析：LM7812端的输出：（11.9-12）/12100 %=0.83%。 LM7912端的输出：（12.1-12）/12100 %=0.83%。2、

14、波形转换部分 经“起振”调试后用示波器可测得各输出端的波形，并记录。用示波器读出格数，计算峰峰值；然后用数字毫伏表读出其有效值，并记录。调节各个电位器，用函数发生器的输入端测出各个波形的频率范围，并记录。 数据记录：（1）、正弦波（幅值可调、频率可调）峰-峰值：Up-p=22=4V 有效值为：U=4/2=1.41V频率调节范围为：187.6HZ12.67KHZ相对误差：（1.4144-1.41）/1.41100%=0.31%（2）、方波峰-峰值：Up-p=2.52V=5V 有效值为：U=5/2=1.768V 相对误差：|2.5-2|/2100%=25%（3）、三角波峰-峰值：Up-p=22V=

15、4V 有效值为：U=4/2=1.414V 相对误差：|2-2|/2100%=0误差分析：1、 电路参数选择不合理2、 焊电路板的时候，焊点时间太长了，影响了器件的阻值3、 焊点不紧凑4、 直流电源输出的信号不是标准的±12V5、 读数时未正视6、 电位器太多了，不便于调节七结论与心得实验结果：1、 若正弦波失真，可调电位器R1,若不能稳幅，则调电位器Rf。2、 调节电位器的滑动端可以改变占空比。3、 调节RC串并联网络的电位器可改变正弦波的频率。心得：这次的课程设计的方案很快就出来了，可是，由于电位器太多了，特别不好调试。调了一天才终于调试出来，虽然久，但是心里还是有一点的成就感，因

16、为从小就对电有种恐惧感。这次的课程设计我学到了很多，不仅仅是课内的知识，比如，我们必须将所学的理论知识同客观实际相结合，才能真正的学好！而且，团队合作在试验中有着举足轻重的重要。8、 参考文献1、 模拟电子技术基础第四版 童诗白与华成英主编 ,高等教育出版社 .（2006）；2、 电子线路设计、实验、测试（第二版）谢自美主编, 华中理工大学出版社；3、 模拟电子技术 王港元主编, 机械工业出版社. （1994）4、 电子技术基础（模拟部分） 康华光主编 , 高等教育出版社.（1999）。5、 电子技术实验与课程设计 毕满清 主编， 机械工业出版社， 20066、 电子线路线性部分（第四版） 谢

17、嘉奎 主编高等教育出版社，19997、 电子实验与课程设计赣南师范学院物理与电子信息学院.物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表专业：电子信息工程班级：电信本学号：46姓名： 课题名称设计制作一个产生正弦波方波锯齿波函数转换器设计任务与要求 输出波形频率范围为0.02KHz20kHz且连续可调； 正弦波幅值为±2V，； 方波幅值为2V； 锯齿波峰-峰值为2V，占空比可调； 分别用三个发光二极管显示三种波形输出；  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）。设计报告成绩评分标准：有合理的方案设计和论证、电路参