模电课程设计

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2012级电气工程及其自动化学生模拟电子技术课程设计课程设计安徽农业大学经济技术学院模拟电子技术课程设计报告书课题名称一种多种波形发生器设计姓名刁节元学号12565034院、系、部机械工程系专业电气工程及其自动化指导教师王鹏2014年5月30日一、设计任务及要求：用中小规模集成芯片设计制作产生方波、三角波和正弦波等多种波形信号输出的波形发生器，具体要求如下：1〕、输出波形工作频率范围为0.02HZ~20KHZ，且连续可调；2〕、正弦波幅值±10V，失真度小于1.5%；3〕、方波幅值±10V；4〕、三角波峰-峰值20V，各种输出波形幅值均连续可调；5〕、采用Multisim10软件方法仿真电路,给出并分析仿真结果。指导教师签名：2014年6月日二、指导教师评语：指导教师签名：2014年6月日三、成绩指导教师签名：2014年6月日目录TOC\o"1-9"\h\u128501设计目的4137382设计思路4103783设计过程413443.1方案论证419403.2电路设计5199413.3仿真结果与分析738294主要仪器与设备12235265设计体会与建议1382295.1设计体会13327455.2对设计的建议134617参考文献14一种多种波形发生器设计的设计1设计目的熟悉集成电路的引脚安排。

〔2〕掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。

〔3〕了解面包板结构及其接线方法。

〔4〕了解多种波形发生器的组成及工作原理。

〔5〕熟悉多种波形发生器的设计与制作。2设计思路波形产生电路通常可采用多种不同电路形式和元器件获得所要求的波形信号输出。波形产生电路的关键局部是振荡器，而设计振荡器电路的关键是选择有源器件，确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。具体设计可参考以下思路。①用正弦波振荡器产生正弦波输出，正弦波信号通过变换电路得方波输出〔例如用施密特触发器〕，用积分电路将方波变换成三角波或锯齿波输出；②利用多谐振荡器产生方波信号输出，用积分电路将方波变换成三角波输出，用折线近似法将三角波变换成正弦波输出；③用多谐振荡器产生方波输出，方波经滤波电路可得正弦波输出，方波经积分电路可得三角波输出；④利用单片函数发生器568038，集成振荡器E1648及集成定时器555等可灵活地组成各种波形产生电路。3设计过程3.1方案论证1〕多种波形发生器设计方案如图1所示。文氏桥振荡器方波形成电路三角波形成电路频率选择控制直流电源正弦波三角波方波图1用正弦波振荡器实现多种波形发生器的方框图方案的工作原理：此次，多种波形发生器的实验，从设计思路可以看出，主要用到了正弦波振荡器，施密特触发器，积分电路等。基于本学期我们已经掌握的模拟电路课程的知识。我采用了如下设计方案：1.将220V的交流电经过单相桥式整流电路变换为直流电。完成这一任务主要靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。2.用正弦波振荡器产生正弦波输出，其中的选频网络可以调整输出波形的频率。3.用施密特触发器使正弦波信号通过变换电路得方波输出。4.用积分电路将方波变换成三角波输出。从而得到能发出三种波形的波形发生器。文氏桥振荡器(RC串—并联正弦波振荡器)产生正弦波输出，其主要特点是采用RC串—并联网络作为选频和反应网络，其振荡频率f0=l/(2πRC)，改变RC的数值，可得到不同频率的正弦波信号输出。为了使输出电压稳定，须采用稳幅措施。用集成运放构成电压比拟器，将正弦波信号变换成方波信号输出。用运放构成积分电路，将方波信号变换成三角波或锯齿波信号输出。3.2电路设计通过上网查阅资料，我了解到了RC正弦波振荡电路有两局部组成，其中一局部为放大电路，另一局部为选频网络以到达输出的各种波形工作频率范围0.02Hz~20kHz连续可调的目的。其原理图如下所示：图中，左边框中的内容为选频网络，右边框中的内容为放大电路。文氏桥正弦波发生器是由集成运放和文氏桥反应电路组成的。图中，C1,R3和C2,R4是文氏桥的两臂，构成正反应电路；电阻R1和R2构成负反应电路；振荡条件由两个反应电路的参数决定。文氏桥正弦波发生器用来产生低频正弦信号。为便于起振，要适当削弱负反应，即R1比理论值略大些或R2比理论值略小些。根据如上原理图，我设计了文氏电桥振荡器电路，并使用Multisim对该单元电路功能进行仿真测试。最上方为选频网络，考虑到输出正弦波的稳定，我在文氏电桥振荡器电路中增加了稳压的局部，以到达输出正弦波稳定的作用。其稳压的工作原理如下：当6端即输出端的输出电压增大时，由于二极管的单向导电性和导电后钳位的特点，输出端电压增加便会导致2端即反相输入端的电压的增加，使V3-V2的值减小，从而使输出适当的变小，以到达稳压的目的。同理，当6端即输出端的输出电压减小时，由于二极管的单向导电性和导电后钳位的特点，输出端电压减小便会导致2端即反相输入端的电压的减小，使V3-V2的值增加，从而使输出适当的增加，以到达稳压的目的。此文氏电桥振荡器电路输出的正弦波形如下：如下图,正弦波幅值在误差允许的范围内，失真度小于1.5％3.3仿真结果与分析首先对各局部电路进行分析1〕将220V的交流电经过单相桥式整流电路变换为直流电局部单相桥式整流电路原理图如下：其利用了二极管的单向导电性将交流电变为直流电，并经过电容的滤波，使其变得平稳。Multisim仿真图：将220v交流电转为直流电源：2〕用施密特触发器使正弦波信号通过变换电路得方波输出局部如图，为使用555电路设计的施密特触发器用来输出方波。Multisim仿真图：输出的方波波形：使用积分电路将方波转换为三角波局部。其原理图如下：Multisim仿真图：输出三角波波形：最终将各局部电路组合成多种波形发生器如图,为我们设计的多种波形发生器，能产生三种波形：正弦波，方波和三角波。其中由两个单相桥式整流电路为电路提供直流电源。下局部别为文氏电桥振荡器电路，施密特触发器电路和积分电路。分别输出正弦波，方波和三角波。如图，两个示波器显示如下：输出方波和正弦波：输出三角波：4主要仪器与设备文氏桥振荡电路中所需原件：７４１运放一个，量程100千欧姆电位器三个，量程为10千欧姆的电位器一个，75欧姆的电阻三个，10千欧姆的电阻两个，普通二极管两个，红色发光二极一个，0.01uF、0.1uF、1uF、10uF电容各两个。滞回比拟器中所需原件：７４１运放一个，量程为10千欧姆的电位器两个，75欧姆的电阻，100欧姆的电阻一个，25千欧姆的电阻两个，10千欧姆的电阻两个，稳压管两个，普通二极管两个，红色发光二极一个。在积分电路中所需原件：７４１运放一个，量程100千欧姆电位器一个，量程为10千欧姆的电位器一个，75欧姆的电阻一个，10千欧姆的电阻一个，红色发光二极一个，0.1uF电容一个。具体所需元器件如下:元件名称参数数量741运放3发光二极管LED(红)3滑动变阻器10K欧4滑动变阻器100K欧4电阻75欧5电阻100欧1电阻1K欧1电阻10K欧1电容0.01u2电容0.1u3电容1u2电容10u2二极管普通4稳压管6v稳压25设计体会与建议5.1设计体会通过对多种波形发生器的设计，我把理论联系到实际，把这个学期所学的模拟电路的知识和数字电路的知识真正在实践中联系起来。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也稳固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计过程中，我感觉调试局部是最难的，因为理论计算的值在实际当中并不一定是最正确参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期到达最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，因此我在这方面也花了很多的时间进行经验的积累5.2对设计的建议1〕在如上图所示的文氏电桥振荡器电路中，频率不能到达连续可调。根据式：。于是我想到用可变电阻代替原来的定值电阻，通过改变电阻的阻值，使频率能在一定范围内连续可变。2〕由于起初的输出不稳定，我想到了使用二极管单向导电和钳位的特性，从而到达了稳定输出的目的。参考文献[1]