矩形波发生器

设计题目：矩形波发生器课程设计的目的《电子技术基础2-1课程设计》是学习理论课程之后的实践教学环节。目的是通过解决比较简单的实际问题巩固和加深在《电子技术基础2-1（模拟电子技术基础）》课程中所学的理论知识和实验技能。训练学生综合运用学过的电子技术基础知识，在教师指导下完成查找资料，选择、论证方案，设计电路，安装调试，分析结果，撰写报告等工作。使学生初步掌握模拟电子电路设计的一般方法步骤，通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力，为后续课程的学习、毕业设计和毕业后的工作打下一定的基础。设计说明。1.概述矩形波发生电路在测量、自动控制、通讯、无线电广播和遥控等许多技术领域中有着广泛的应用，甚至在收音机、电视机和电子表等日常生活用品中也离不开它。总之矩形波发生电路广泛地用于工业生产、科学实验和日常生活等各个领域中。2.设计方案选择论证矩形波发生电路实际上是由一个滞回比较器和一个RC充放电回路组成。其中，集成运放和电阻R1和R2组成滞回比较器，电阻R和电容C构成充放电回路，稳压管和电阻R3的作用是钳位，将滞回比较器的电压限制在稳压管的稳定电压±UZ。在矩形波发生电路中，如图1所示电位器Rw和二极管D1、D2的作用是将电容充电和放电的回路分开，并调节充电和放电两个时间常数的比。矩形波发生电路没有稳态，它有两个暂态，一个是低电平，另一个是高电平。要想达到这种效果可采用滞回比较器，同时利用RC充放电回路来改变集成运放反向输入端的输入电压即u-=uc。当电容上的电压上升到u-=u+时，滞回比较器的输出端将发生跳变，由高电平跳变成低电平。当电容上的电压下降到u-=u+时，滞回比较器的输出端将再次发生跳变，由低电平跳变成高电平。以后又重复上述过程。如此电容反复地进行充电和放电，滞回比较器的输出端反复地在高电平和低电平之间跳变，于是产生了正负交替的矩形波。因此，在选择矩形波发生电路时，采用滞回比较器和RC充放电回路来构成矩形波发生电路。图1矩形波发生电路框图3.单元电路设计滞回比较器滞回比较器可用于产生矩形波、三角波和锯齿波等各种非正弦波信号，也可用于波形变换电路。用于控制系统时，滞回比较器的主要优点是抗干扰能力强。当输入信号受干扰或噪声的影响而上下波动时，只要根据干扰或噪声电平适当调整滞回比较器两个门限电平UT+和UT-的值，就可以避免比较器的输出电压在高、低电平之间反复跳变。滞回比较器的输入电压经电阻R1加在集成运放的反响输入端，参考电压经电阻R2接在同向输入端，此外从输出端通过电阻引回同向输入端。电阻R和背靠背稳压管的作用是限幅，将输出电压的幅度限制在±UZ。图2滞回比较器的输入输出波形当集成运放反向输入端和同向输入端的电位相等，即时，输出端的状态将发生跳变。其中则由参考电压及输出电压两者共同决定，而有两种可能的状态：+UZ或-UZ。由此可见，使输出电压由+UZ跳变成-UZ，以及由-UZ跳变成+UZ所需的输如电压值是不同的。也就是说，这两种比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。利用叠加原理可求的门限电平由以上两式可求的门限宽度△在矩形波发生电路中，如图1所示电位器Rw和二极管D1、D2的作用是将电容充电和放电的回路分开，并调节充电和放电两个时间常数的比例。若将电位器的滑动端向下滑动，则充电时间常数减少，放电时间常数增大。因此输出端端为高电平的时间缩短，输出端为低电平的时间变长，Uc和Uo的波形如图2所示，图中T1＜T2。相反，如果将电位器滑动端向上移动，则充电时间常数增大，放电时间常数减小，可得T1＞T2图2图3当忽略二极管的导通电阻时，利用类似的分析方法，可求的电容的充电和放电时间分别为T1=()CT2=(+)C输出波形的z振荡周期为)矩形波的占空比为当D=0.2时令得=3R当D=0.8时令得=3R由f=1000Hz得T=0.001秒而)令R=50KΩ则Rw=150KΩ令C=0.01R2=20KΩ得R1=4.918KΩ所用元件如表1所示表1所用元件元件名称元件标注参数型号集成运放A1741电阻R14.918KΩ电阻R220KΩ电阻R31KΩ电阻R50KΩ电阻Rw150KΩ电容C0.01电源VEE-15V电源VCC15V稳压管D35V稳压管D55V示波器XSC1频率计数器XFC1二极管D1SB320二极管D2SB320万用表XMM14.测试及仿真方案在输出端利用示波器观察波形，电压表测量输出电压，频率计测量频率。仿真分析电路如图4所示。图4仿真分析原理图仿真分析结果如图5所示。频率计读数为994.868Hz电压表读数为5.485V波形没有明显的失真，基本满足要求。存在误差的原因主要是元件参数误差，测量误差以及忽略了二极管的导通电阻等等。图5仿真结果分析6设计体会本学期我们开设了《模拟电子》，它是自动化专业基础课，对以后自动化专业更深一步的学习有重要的意义。其重要性更是毋庸置疑的。学好它是学好自动化的基础。因此，这学期我卯足了劲去学习这门课。但是“纸上得来终觉浅，觉知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期刚刚学完模电后紧接着来一次模电课程设计是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对模拟电子的认识，而且还及时、真正的做到了学以致用。这几天的课程设计，先不说其他，就天气而言，确实很艰苦。这几天都被高温笼罩着。人在高温下的反应是很迟钝的，简言之，就是很难静坐下来动脑子做事。但是炎炎烈日挡不住我们求知、探索的欲望。通过我不懈的努力与切实追求，终于在规定时间内完成了课程设计。本次课程设计所设计的方案基本上能满足要求。波形基本上没有失真，测得的频率和理论值很接近，输出电压也在规定的范围内。该电路由一个滞回比较器和一个RC充放电回路组成。集成运放和电阻集成运放和电阻R1和R2组成滞回比较器，电阻R和电容C构成充放电回路，稳压管和电阻R3的作用是钳位，将滞回比较器的电压限制在稳压管的稳定电压±UZ。但该设计也有一定得问题，在计算时由于没有考虑二极管的导通电阻，因此计算的理论值和实际测得的数值会有一定的差距，而且还会因此产生一定的波形失真。由于二极管的导通电阻不可能为0，因此，选用不同的二极管会产生不同的结果，有时甚至会产生非常大的偏差，波形严重失真。所以，在试验过程中要选择合适的二极管。使得因为二极管而产生的偏差尽量减小。在这次课程设计过程中，我也遇到了很多问题。比如在刚开始仿真时，矩形波发生电路画出来之后，仿真结果是输出波形是一条直线，频率计和电压表均没有示数。接下来，我就仔细地检查了一遍又一遍，最后终于在参考资料和同学的帮助下终于成功地仿真出了结果。这次课程设计让我学到了很多有用的东西，我不仅是巩固了先前学的模电、的理论知识，而且也培养了我的动手操作能力，让我学到了很多电脑上的应用技巧，这是我以前很少接触的。更为重要的是这次课程设计开拓了我的视野，使我的创造性思维得到拓展。我感受到了知识的奥妙和学习的乐趣。此外，这也将对我以后踏上工作岗位也有一定得帮助。所以我希望希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些！7.参考文献[1]．杨素行《模拟电子技术基础简明教