电路CAD课程设计

太原理工大学现代科技学院电路CAD课程设计题目波形发生器摘要课设目的:课设要求:幅度为+V=s=5V。课设目的:课设要求:幅度为+V=s=5V。使用集成运放设计一个波形发生器，产生一个频率为fo=5kHz的方波，其电压|-Vs|=14V。同时产生一个频率为fo=5kHz的三角波，其幅度为+Vt=|一七|课设所用软件：protel99se、EWB课设原理图： |方波发生器电路| 1三角波发生器电路|ll || 电源电路 波形发生器方框图AbstractCurriculumdesignpurpose:Designacanproducesquareandtriangularwavewaveformgenerator；Coursedesignrequirements：Useofintegratedop-ampdesignawaveformgenerator,produceafrequencyforfo=5kHzsquarewave,thevoltageamplitudefor+Vs=|-Vs|=14v.Atthesametimecreateafrequencyforfo=5KHZtriangularwave,itsamplitudefor+Vt=|-Vt|=5vThecoursedesignofsoftwareprotel99se、EWBCurriculumdesignprinciplediagramSquarewave TriangularwavePowerBlockdiagram目录一、设计任务与要求方波发生器设计三角波发生器设计电源电路设计使用软件工作分配情况二、 方案设计与论证三、 单元电路设计与参数计算四、 总原理图及元器件清单总原理图用Protel绘制的原理图生成网络表3.用Protel绘制的PCB板元件清单及封装五、 结论与心得一、设计任务与要求方波发生器设计；三角波发生器设计;电源电路设计。使用集成运放设计一个波形发生器，产生一个频率为fo=5kHz的方波，其电压幅度为+七二|—V|=14V。同时产生一个频率为f=5kHz的三角波，其幅度为+Vt=|—V|=5VO波形发生器方框图见图1。 0 上波形发生器方框图使用软件用protel99se设计单元电路图和总电路图以及PCB板；用EWB进行电路仿真。工作分配情况首先，进行单元电路的设计：宫茜茜同学用protel99se设计三角波发生电路；徐杨同学用protel99se设计方波发生电路；我用protel99se设计电源电路；同时，崔智聪同学设计EWB仿真电路；最后，大家一起用protel99se研究总的电路图以及PCB板的制作。二、方案设计与论证波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。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全部采用品体管），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时间。系统原理框图：图1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：图2波形发生器方框图若用运放完成，则选定用比较器，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、单元电路设计与参数计算1.方波发生器电路的设计电路组成及工作原理：因为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，就是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。电路组成：如图所示为矩形波发生电路，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。电压传输特性如图所示。矩形波发生电路 电压传输特性工作原理：★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，如图中箭头所示。反相输入端电位uN随时间t增长而逐渐升高，当t趋近于无穷时，uN趋于+UZ；★一旦uN=+U丁，再稍增大，uO就从+UZ跃变为UZ，与此同时uP从+UT跃变为-U丁。随后，uO又通过R3对电容C放电，如图中箭头所示。*反相输入端电位uN随时间t增长而逐渐降低，当t趋近于无穷时，uN趋于-UZ；一旦uN=U丁，再稍减小，uO就从-UZ跃变为+UZ，与此同时，uP从-UT跃变为+U丁，电容又开始正向充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。波形分析及主要参数：由于矩形波发生电路中电容正向充电与反向充电的时间常数均为R3C，而且充电的总幅值也相等，因而在一个周期内uO=+UZ的时间与uO=UZ的时间相等，uO为对称的方波，所以也称该电路为方波发生电路。电容上电压uC和电路输出电压uO波形如图所示。矩形波的宽度Tk与周期T之比称为占空比，因此uO是占空比为1/2的矩形波。T=2R3C]n1+鱼利用一阶RC电路的三要素法可列出方程，求出振荡周期 I冷振荡频率f=1/T。调整电压比较器的电路参数R1、R2和UZ可以改变方波发生电路的振荡幅值，调整电阻R1、R2、R3和电容C的数值可以改变电路的振荡频率。占空比可调电路：占空比的改变方法：使电容的正向和反向充电时间常数不同。利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的通路，占空比可调的矩形波发生电路如图(a)所示，电容上电压和输出电压波形如图(b)所法。

怎）电路 （b）波形分析占空比可调的矩形波发生珥路电路工作原理：★当uO=+UZ时，通过RW1、D1和R3对电容C正向充电，若忽略二极管导通时的等效电阻，则时间常数5瑞+0C★当uO=UZ时，通过RW2、D2和R3对电容C反向充电，若忽略二极管导通时的等效电阻，则时间常数艮砰+艮加利用一阶RC电路的三要素法可以解出3沼耳恒1+ 与君弓由1+鲁7=缶+务四（&中+ 1+普结论：改变电位器的滑动端可改变占空比，但不能改变周期。用protel99se设计的电路图如下所示：

LD:\zuyang.ddbxuyang.ddb三角波发生器.Sch就矩形波发生器.Sch心%yR4J_i_Xz■y1十r1V-7<-<k发生电宇的2.为近似生变化三计■WnringTools徭□rawinglookpfll/u|—1[•==1E压值比较:小、时L可导电谷两端的电压看成在方波发生电路切D二二T比较器的阈值电、三角滇但是一方7L九］这个三角波的线性度Z呈，~1勺-万面带，负戈后将使电路的性能产,。实际上__T:，只要，将方/波电压作为积分运算电S路白俞入，在积分、运M算的输出就得到三角波电压。用protel99se设计的电路图如下所示:

3.电源电路的设计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U。、输出电流I。、输出纹波电压AU°p_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。

□®E用EWB设计的电路总图如下所示:□®E*=J-;ElectronicsTorkbenchFileEditCircuitAnalysisWindowHelp混匐囱玷心I切Q阿伽％刁?| 密Untitled.ETBR410Ohrn^WV[hq/20kOhrn.'76% 1f^IjF-vJV1 1|—— c0.005uFHH-R215kOhrnR31D]/100kOhm/10%R510kOhrn1kOhrn1kOhrnR815kOhm仿真结果如下:OscilloscopeT10.0000ST20.0000ST2-T10.0000SVW18.7773■J妣VB13.1517■JVB2：.iai&Ukr ；hEdge|LevelI皿AE3Xpositionml业空 i树B□加ieBExtTimebase一 TriggerChannelA—-ChannelB1?V.-Dkr ；u|5V.TJH 三Ypositiondm :Ypositiondm 三R6[R]/20kOhm/6%提供稳定电压调方波幅度则调R6R7[K]/20kOhm/76%调三角波幅度则调R7[K]/20kOhm/76%调三角波幅度则调R7R3)]/100kOhm/10%T———调频率则调R3四、总原理图及元器件清单BlRADO.414V][B2RADO.414V][B3RADO.414V][B4RADO.414V][B5RADO.414VB7RADO.414V课设总图.ddb课设总图.Sch课设总图.ERCt□课设总图.NET宫茜茜.PCBC3RADO.4CAPDIDIODEO.4DIODESCHOTTKYDIODEO.4DIODESCHOTTKY][OPAMP1DIP6OPAMP][OPAMP2DIP6][OPAMP3DIP6OPAMP][0PAMP4DIP6OPAMP谍没总图.ddh谋没总图Mh锲设总图,ERC汨课没总图用ET宫tf.PCB宫茜茜.REPE2AIIAL0.3EES22222T4RO--rLEVPE6AXIAL0.3EES2121-123一121-123一-BBEB7BSD20PAMP2-1R1R1R4R4-3R5-1NetCl_2Cl-20PAMP1-10PAMP1-3C2-20PAMP4-1OPAMP4-3)(NetDl_2Dl-2D2-2)(NetOPAMPl_4B3-20PAMP1-4)(NetOPAMPl_5B4-10PAMP1-5)(NetOPAMP2_2课设总图E而宫茜茜.PCBPCB1.PCBtU课设忌囹.NET|B2-1OPAMP2-5)(NetOPAMP3_2OPAMP3-2R5-2)(NetOPAMP3_3OPAMP3-3OPAMP4-2)(NetOPAMP3_4B5-2OPAMP3-4)(NetOPAMP3_5B6-1OPAMP3-5)(NetOPAMP4_4B7-2OPAMP4-4)(NetOPAMP4_5BS-lOPAMP4-5)(NetRl_2Cl-1Rl-2(NetR3_3C3-10PAMP3-1R3-2R3-3NetR4_2C2-1R4-2

3.用Protel绘制的PCB板如下所示:4.元件清单及封装元件序号型号主要参数封装数量备注R1RES215kAXIAL0.31R2RES215kAXIAL0.31R4RES210kAXIAL0.31R5RES210kAXIAL0.31R3POT2100kVR21R6POT220kVR21R7POT220kVR21CCAP0.005uFRAD0.41C1CAP100uFRAD0.41C2CAP100uFRAD0.41D1DIODESCHOTTKYDIODE0.41D2DIODESCHOTTKYDIODE0.41OPAMP1OPAMPDIP61OPAMP2OPAMPDIP61OPAMP3OPAMPDIP61OPAMP4OPAMPDIP61B1BATTERY14vRAD0.41B2BATTERY14vRAD0.41B3BATTERY14vRAD0.41B4BATTERY14vRAD0.41B5BATTERY14vRAD0.41