波形产生电路设计

新疆大学课程设计报告所属院系：电气工程学院专业：电气工程及其自动化课程名称：电子技术基础A设计题目：波形产生电路设计班级：学生姓名：学生学号：指导老师:完成日期：2012.6.29课程设计题目：波形产生电路设计要求完成的内容：1.设计一个波形发生电路，可以输出正弦波、三角波和方波，并且可调频率范围在1HZ到10HZ，10HZ到100HZ。2.对设计电路进行参数选择和计算，进行EDA电路仿真，画出所设计的仿真电路图，并且进行电路仿真，得到相应的电路仿真图。3.掌握初步进行相关电路设计的方法、思路、流程，通过设计得到一定的设计方法与技巧。4.进一步通过设计波形产生电路了解、熟悉multisim软件的仿真过程锻炼自己的操作运用该软件的能力，更好的学习该软件。5.对最后的仿真结果以及所设计的波形发生电路进行总结，找出其中有可能出现的错误进行修正。6.完成设计报告，并对此次设计过程结果进行总结，找出在设计过程中存在的问题以及在设计过程中得到的经验进行总结。指导教师评语：评定成绩为：指导教师签名：年月日电气工程学院课程设计报告-PAGE10-波形产生电路的设计一、系统方案框图方案一的系统框图方案二的系统框图二、方案选择1．方案简介方案一：用正弦波振荡器实现多种波形，用正弦波振荡器产生正弦波输出，正弦波信号用比较器得到方波输出，方波信号用积分器得到三角波输出。此方案用RC串并联振荡器产生正弦波，串并联网络作为选频网络和正反馈网络，其振动频率为改变RC的值则可改变正弦波频率。为了使输出电压稳定必须采取稳幅措施。方案二：用多谐振荡器实现多种波形发生器，由比较器和积分器组成方波三角产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，用差分放大器来实现积分器输出的三角波转变为正弦波。2.方案比较选择方案一中的频率的频段的选择和调节需同时改变正弦波振荡电路和积分电路中的电容电阻和电容，调整复杂，而方案二虽然在转变为正弦波时存在正弦波非线性失真对差动放大电路较高，但在调节频率要求上要比方案一要简便许多所以选用方案二。三、单元电路的设计分析1.方波发生电路的设计与分析此电路可以在矩形波发生电路的基础上得到，矩形波发生电路由反向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。由于滞回比较器的输出只有高电平和低电平。两种不同的输出电平时RC电路进行充电或放电于是电容上的电压将升高或降低，而电容上的电压作为滞回比较器的输入电压控制其输出端状态发生跳变，从而使RC电路有充电过程变为放电过程，如此循环电路产生了自激振荡。方波发生电路中运算放大器接成同相输入滞回比较器形式，由这一端口反馈引入三角波信号，触发滞回比较器自动翻转变成方波信号，方波信号从运算放大器输出端输出电路图如下图1方波发生原理图如图1.运算放大器U1与R1、R2及R3、R4组成电压比较器，由R2引出的一端接入三角波信号，运算放大器U接成同相输入滞回比较器形式，触发滞回比较器自动翻转形成方波信号方波信号从接近D1的一个端口输出。运算放大器反相端接基准电压，即U-=0相同输入端接输入电压Uia、R1称为平衡电阻，比较器的输出Uo1的高电频等于正电源电压+Vcc，低电频等于负电源电压-Vcc，当比较器U+=U-比较器翻转，输出Uo1从高电频跳到低电频或者从低电频跳到高电频。设Uo1=+Vcc则：（式1）将式1整理可得比较器的翻转下门限单位（式2）若则比较器上门限电位（式3）比较器的门限宽度（式4）稳压管D1、D2对接，起到正负向输出的双向限幅作用。2.三角波发生电路的设计和分析在产生方波后，利用此波形输入到一个积分电路便得到三角波，为了能够得到线性度更好的三角波，可以运用几个电阻和电容构成积分电路。由于设计时要求有两个个频段，故选用两分开关调节电容，其电路图如下：图2三角波发生原理图时：（式5）时：(式6)三角波的波幅为：（式7）方波三角波的频率为：（式8）3.正弦波发生电路设计于分析其电路图如下：图3正弦波发生原理图传输特性曲线的表达式：(式9)式中：(式10)为差分放大器的恒定电流为温度的电压当量，当室温为25度时四、参数的选择与计算1.方波发生电路的参数选择与计算根据式7得(式11)由于要求三角波的峰峰值为8V所以得：（式12）取，则，取，的滑动变阻器(式13)2.三角波发生电路的参数选择与计算根据式8可以得出（式14）当时取，,取则滑动变阻器。当时取,以实现频率波段的转换，的阻值不变所以可得分别为,。3.正弦波发生电路的参数选择与计算将三角波信号转化为正弦波信号，传输曲线越对称，线性区越好三角波幅值应正好是体管结晶饱和区和截止区，电路中晶体管的放大倍数，电源电压取，,当相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整和确定。隔直电容、、要取得较大，因为输出频率很低，所以可以得出。五、电路的仿真1.方波三角波仿真结果图4方波正弦波仿真电路图图5方波仿真波形图图6三角波仿真波形2.正弦波仿真结果图7正弦波仿真电路图图8正弦波仿真波图形3.整体仿真结果图9整体仿真电路图图10整体波形图4.所用电路元件列表表1元件明细表元件名称说明数量直流电源+12V4个运算放大器7412个稳压二极管1N47432个NPN型三极管2N22224个电阻26.87.5各2个电阻82075100各1个电阻103个滑动变阻器2047各1个滑动变阻器1002个电容0.01110各1个电容0.12个电解电容4703个六、设计小结通过此次波形发生电路的设计，我查阅了一些相关书籍，并且认真阅读了相关知识学到了一些关于波形发生电路的设计知识，在我们所学教材内容的基础上，在实际过程中得到了更好地体现与知识的运用，使理论联系实际得到了更好地结合，使自己的动手能力和思维逻辑能力又进一步加强。并且在设计过程中不仅对一前的知识是一种在学习的过程而且又学到了新的只是，加强了自己的知识储备量。在电路仿真的过程中能够让我更加深层的了解和熟悉multisim软件的使用和操作，并且进一步提升了自己在使用软件的熟悉程度，能够更快的找到相应电路元件，更快的完成电路图的连接以及仿真。在此设计波形发生电路的实验中也暴露出不少问题，自己对很多理论知识的掌握的不够熟练以及不精细，在选择参数和计算电路的过程中遇到了很多问题，通关翻阅相关资料最后才得