模电课程设计-波形发生器

1、R110kQR3 10kl_L_F：2lOkfiVCCU1A件： -1SVR4 AA/V 500 nTL082CDR5DI 23kn 1N4742A1SVU2E：TL032iIR110kQR3 10kl_L_F：2lOkfiVCCU1A件： -1SVR4 AA/V 500 nTL082CDR5DI 23kn 1N4742A1SVU2E：TL032iI：DR6 10kfiVEEf_L_21N4742AClHP10nF-1SV一、设计题目波形发生电路二、设计任务和要求要求：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。指标：输出频率分别为：102HZ、103H

2、Z和104Hz；输出电压峰峰值VppN20V三、原理电路设计：（1）方案的提出方案一：先由文氏桥振荡产生一个正弦波信号（右图）把文氏桥产生的正弦波通过一个过零比较器从而把正弦波转换成方波。把方波信号通过一个积分器。转换成三角波。方案二:由比较器和积分器构成方波三角波产生电路。（下图） 然后通过低通滤波把三角波转换成正弦波信号。方案二:由比较器和积分器构成方波三角波产生电路。（电路图与方案二相同）用折线法把三角波转换成正弦波。（下图）vccR97.5EHLI 口 io k n18VU4 E：VE E正彼派车黄出OUTvccR97.5EHLI 口 io k n18VU4 E：VE E正彼派车黄出O

3、UT18 VRS27kQR-1G24-kn-1 N4148 I N4-148(2)方案的比较与确定方案一：文氏桥的振荡原理:正反馈RC网络与反馈支路构成桥式反馈电路。当R1二R2、 C1=C2。即f=f0时，F=1/3、Au=3。然而，起振条件为Au略大于3。实际操作时， 如果要满足振荡条件R4/R3=2时，起振很慢。如果R4/R3大于2时，正弦波信号 顶部失真。调试困难。RC串、并联选频电路的幅频特性不对称，且选择性较差。 因此放弃方案一。Z方案:把滞回比较器和积分比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，就构成三角波发 生器和方波发生器。比较器输出的风波经积分可得到三角波、三角波又触发比较 器自动

4、翻转形成方波，这样即可构成三角波和方波发生器。通过低通滤波把三角波转换成正弦波是在三角波电压为固定频率或频率变 化范围很小的情况下使用。然而，指标要求输出频率分别为102HZ、103HZ和 104Hz。因此不满足使用低通滤波的条件。放弃方案二。方案三：方波三角波发生器原理如同方案二。比较三角波和正弦波的波形可以发现，在正弦波从零逐渐增大到峰值的过程 中，与三角波的差别越来越大;即零附近的差别最小，峰值附近差别最大。因此， 根据正弦波与三角波的差别，将三角波分成若干段，按不同的比例衰减，就可以 得到近似与正弦波的折线化波形。而且折线法不受频率范围的限制，便于集成化。综合以上三种方案的优缺点，最终

5、选择方案三来完成本次课程设计。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R3对电容C正向充电。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R3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跃变为+Uz， Up从-Ut跃变

6、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。运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1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U =R(+V ) + U = 0+ R2 + R3 + RP1cc R2 + R3 + RP1

7、 ia将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia_为 R- Ria - R + R + RP( cc R + RP CC23131若Uo1 = -V 则比较器翻转的上门限电位Uia+为 EER/、RU2(V )T Via +R + R + RP eeR+ RP cc23131比较器的门限宽度:U U - U 2 -R2IH ia + ia - R + RP CC由以上公式可得比较器的电压传输特性。运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2为：U =1j U dt。2(R+ RP )C01422U +V 时，o1CC-VU -CC1。2(R4

8、+ RP)C 2U 1 = -VE 时，U =-ee1o 2(R4 + RP)C 2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，其 波形关系。比较器与积分器形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为：U =R2 Vom 2 R + RP CC方波-三角波的频率f为：f = R + RP4 R( R4 + RP)C 2运算放大器U5A与R17、R15构成一个放大系数为10的反相比例运算放大电 路。通过反相放大而达到峰峰值大于20V。运算放大U4B构成三角波转换正弦波的三段折线法。当三角波幅值为 0-0.28V时，反馈电阻为R8=27K。当三角波幅值增大到0.28

9、到0.84V之间时。 反馈电阻为R8/R16=11K。当三角波幅值大于0.84V时，反馈电阻为 R8/R16/R7=80Q。因此，通过电容C3的隔直与电位器R11的分压，选择幅值 约为1.2V左右的三角波输入运算放大器U4B，再由三段折线法转换成近似与正 弦波的折线化波形。(由计算机计算分析表明，三段折线法的折线化波形与正弦 波相似95%)。由仿真软件得输出正弦波幅值约为1.25V。最后，运算放大U3A为反相比例运算放大。由折线法转换得来的正弦波经过 运算放大U3A的反相放大得到峰值为10.5V左右的正弦波。(4)元件选择：选择集成运算放大器由于方波前后沿与用作开关的器件U1A的转换速率SR有

10、关，因此当输出方 波的重复频率较高时，集成运算放大器A1应选用高速运算放大器。集成运算放大器U2B的选择：积分运算电路的积分误差除了与积分电容的质 量有关外，主要事集成放大器参数非理想所致。因此为了减小积分误差，应选用 输入失调参数(VI0、Ii0.AVi0/AT.AZi0/AT)小，开环增益高、输入电阻 高，开环带较宽的运算放大器。反相比例运算放大器要求放大不失真。因此选择信噪比低，转换速率SR高 的运算放大器。经过芯片资料的查询，TL082双运算放大转换速率SR=14V/us。符合方波产 生电路。而U2B选择通用型的LM741.两个反相比例运算放大选择号称“音响之 皇”的NE5532低噪运

11、算放大器。该双运算放大转换速率SR=9V/us。选择稳压二极管稳压二极管Dz的作用是限制和确定方波的幅度，因此要根据设计所要求的方波幅度来选稳压管电压Dz。为了得到对称的方波输出，通常应选用高精度的 双向稳压管电阻为1/4W的金属薄膜电阻。电容为普通瓷片电容与电解电容。开关为自锁式单刀三掷开关。四、电路调试过程与结果：波形频率：通过精确电位器R5、R19、R20使得三种波形频率连续可调。因此频率100、 1000、10000Hz都正确无误。通过实际电路测试，波形在50-24000Hz频率范围 内不失真。波形峰峰值：实测方波峰峰值理论设计数据方波峰峰值T1 4TimeChannel_AChdnn

12、el_B5.475ms-12.557 V实测方波峰峰值理论设计数据方波峰峰值T1 4TimeChannel_AChdnnel_B5.475ms-12.557 V5.S60 ms1.557 VT2-T1213.058 us25.114 V理论设计数据三角波峰峰值:实测三角波峰峰值:X iT1 Time Channel_AChannel_Bcr11.166 把-13.426 V11,9 ms13/34S VT2-T1213.058 us26.773 V波形理论值/V实测值/V方波25.11424.3三角波26.77328.2正弦波26.59924.4理论设计数据正弦波峰峰值:实测正弦波峰峰值:理论

13、设计数据正弦波峰峰值:实测正弦波峰峰值:误差分析电阻的误差为5%，这是造成误差主要原因。仿真所加电压18V,实测时芯片所加电压为16V。示波器读数时的误差。五、总结优点：设计作品输出波形基本不失真波形频率达到100、1000、10000Hz。并且在100-10000Hz的范围 内连续可调。波形峰峰值皆大于20V。符合了设计要求的全部指标。焊接板排版缜密，焊接没有跳线。缺点：方波在频率为10000Hz时峰峰值转换时差为5-6us。导致方波出现 了失真。正弦波由折线法把三角波折线而来。导致了其还存在一定的差别。电路的电源输入由于没有保护电路。在调试时正负电源接反而把芯 片烧了。针对3个缺点各自的改

14、进方案：缺点1：把方波产生电路的运算放大换成超高转速的集成运算放大 器。例如：LM318H缺点2：本设计是由三段折线法把三角波转换成正弦波的。为使产生 的折线化波形更加接近正弦波，可以用4段折线法或者5VCC段甚至6段。1SV段甚至6段。D3缺点3：在电源接入端加上二极管保护电路（右图），这样即可以保证正负电源接反时不导通，又可以在把直流电源电错接成交流电时起 十I U3A整流桥的作用。一 TL082CCD-10JL-1M4148VEE-18V电路以后可改进方案：通过以下电路（修改反馈电阻），实现方波占空比可调。R-1 JVW ioknVCCR2luokntnKejj-=A1 Nd 148vc

15、cR3-1SV1X518VTL082CDU1ARU240 Ll1M4742A 21N4742AR51OOkQSIRG nziknVCCR2luokntnKejj-=A1 Nd 148vccR3-1SV1X518VTL082CDU1ARU240 Ll1M4742A 21N4742AR51OOkQSIRG nziknVEEievC1HI100nF通过以下电路实现三角波、锯齿波产生电路。R3R-1R610kQOIR3R-1R610kQOI六、心得体会：“失败乃成功之母”从一开始时的调试到最后完成课程设计。我焊接、拆除 重复接近了 10次。在这10次的过程中我明白了成功是建立在以前失败经验的基 础上的

16、。还有，做啥事都不能半途而废。用永不放弃的精神在自己选择的道路上 坚持走下去，成功就离我不远啦！在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力， 体会了学以致用。并且从设计中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以 弥补。同时，这次模拟电子课程设计也让我认识到以前所学知识的不深入，基础不 够扎实，以致于这次在设计电路图的时候，需要重复翻阅课本的知识。我深深知 道了知识连贯运用的重要性。七、主要参考书目：1、童诗白、华成英，模拟电子技术基础2、吴慎山，电子技术基础实验3、周誉昌、蒋力立，电工电子技术实验4、广东工业大学实验教学部，Multisim电路与电子技术仿真实验八、附录

17、:完整的电路图R-1R2 A/W- iookn-18VTL082CDU1AFUJwv2400VEE18V1N4742A才1 r-U742A10kQF = A R55kQ 50% Key=A= A Rig50kn SO%Ksy=A电V = AR20500kn 50 K&y=AIJ2ERG io knVCC18V-18 VClR1Swkn、叫:匚18 VR17wv5.1knTL0S2GDVEElOOnFC3T卜lOOpFR9 -Wr- 7.5kQTL082CD-18VR-10 ioknTr14iciicnR11wknIXay=A27knR13-VA-5.1knUSA-18VR1551knTLUS2CDEEU3ATL082CDVEER12AW33kQTT1N414eD7kJPl1N4U8561N41481N414808R7 WV完整物品清单兀件类型元件序号元件型号数量元件类型元件序号元件型 号数量集成运放U1、5TL082CN1金属膜 电阻R1、 3、 6、10、 14、 1810