四種波形發(fā)生器的課程設(shè)計(jì)報(bào)告

ID:336930 · 發(fā)表于 2018-5-23 22:32

哈工大-電工電子-大作業(yè)_三角波正弦波鋸齒波發(fā)生器
XXXXXXX大學(xué)
課程設(shè)計(jì)報(bào)告
課程名稱: 電子技術(shù)基礎(chǔ)
設(shè)計(jì)題目:方波三角波正弦波鋸齒波函數(shù)發(fā)生器
系別: 專業(yè): 班級(jí): 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 同組同學(xué): 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師:
XXXX大學(xué)XXXX學(xué)院
XXXX年月日
2
摘要
波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器廣泛地應(yīng)用于各場(chǎng)所。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用范圍:通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻(高頻)發(fā)射，這里的射頻波就是載波。除供通信、儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試用外，還廣泛用于其他非電測(cè)量領(lǐng)域，而我設(shè)計(jì)的正是多種波形發(fā)生器。設(shè)計(jì)了多種波形發(fā)生器，該發(fā)生器通過將滯回電壓比較器的輸出信號(hào)通過RC電路反饋到輸入端，即可組成矩形波信號(hào)發(fā)生器。然后經(jīng)過積分電路產(chǎn)生三角波，三角波通過低通濾波電路來實(shí)現(xiàn)正弦波的輸出。其優(yōu)點(diǎn)是制作成本低，電路簡(jiǎn)單，使用方便，頻率和幅值可調(diào)，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。
函數(shù)(波形)信號(hào)發(fā)生器。能產(chǎn)生某些特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形(正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等)信號(hào)，頻率范圍可從幾個(gè)微赫到幾十兆赫函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途
而因此電子專業(yè)的學(xué)生，對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，仿真，制作已成為最基本的一種技能，也是一個(gè)很好的鍛煉機(jī)會(huì)，是一種綜合能力的鍛煉，它涉及基本的電路原理知識(shí)，仿真軟件的使用，以及電路的搭建，既考驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，又鍛練動(dòng)手能力。
關(guān)鍵詞:振蕩電路;電壓比較器;積分電路;低通濾波電路
1
目錄
?
設(shè)計(jì)要求  1 1(前言  1 2方波、三角波、正弦波發(fā)生器方案  2
21原理框圖  2
3(各組成部分的工作原理 3
31 方波發(fā)生電路的工作原理  3
32 方波--三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理  4
33三角波--正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理  5
34 方波—鋸齒波轉(zhuǎn)換電路的工作原理  6
35總電路圖  7
4用Multisim10電路仿真  8
41輸出方波電路的仿真  8
42三角波電路的仿真  9
43正弦波電路的仿真  10
44鋸齒波電路的仿真  11
5實(shí)驗(yàn)總結(jié)  11
6(儀器儀表清單  13 7(參考文獻(xiàn)  13 8致謝  13
方波—三角波—正弦波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)要求
1(設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試方波、三角波、正弦波發(fā)生器。
2(輸出波形:方波、三角波、正弦波;鋸齒波
3(頻率范圍 :在002,20KHz范圍內(nèi)且連續(xù)可調(diào) ;
1(前言

在人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的過程中，經(jīng)常需要對(duì)各種各樣的電子信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，因而如何根據(jù)被測(cè)量電子信號(hào)的不同特征和測(cè)量要求，靈活、快速的選用不同特征的信號(hào)源成了現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)值得深入研究的課題。信號(hào)源主要給被測(cè)電路提供所需要的已知信號(hào)(各種波形)，然后用其它儀表測(cè)量感興趣的參數(shù)。可見信號(hào)源在各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)測(cè)試處理中，它不是測(cè)量?jī)x器，而是根據(jù)使用者的要求，作為激勵(lì)源，仿真各種測(cè)試信號(hào)，提供給被測(cè)電路，以滿足測(cè)量或各種實(shí)際需要。

波形發(fā)生器就是信號(hào)源的一種，能夠給被測(cè)電路提供所需要的波形。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，由分立元件或模擬集成電路構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能根據(jù)實(shí)際需要靈活擴(kuò)展。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，通過巧妙的軟件設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)易的硬件電路，產(chǎn)生數(shù)字式的正弦波、方波、三角波、鋸齒等幅值可調(diào)的信號(hào)。與現(xiàn)有各類型波形發(fā)生器比較而言，產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，特別是操作簡(jiǎn)單方便。

1

2方波、三角波、正弦波發(fā)生器方案

2.1原理框圖

電壓比較器RC充放電反饋回路

積分電路占空比可調(diào)

鋸齒波矩形波方波

積

分

電

路

正弦波三角波

低頻濾波

比例放大電路，得到需要幅值;峰峰

值的信號(hào)波

圖1 方波、三角波、正弦波、鋸齒波信號(hào)發(fā)生器的原理框圖

該發(fā)生器通過將滯回電壓比較器的輸出信號(hào)通過RC電路反饋到輸入端，即可組成矩形波信號(hào)發(fā)生器。然后經(jīng)過積分電路產(chǎn)生三角波，通過改變方波的占空比不僅可以得到鋸齒波，還可得到額外的矩形波。三角波通過低通濾波電路來實(shí)現(xiàn)正弦波的輸出。然后將各種信號(hào)通過比例放大電路得到需要幅值;峰峰值的信號(hào)波

該電路具有結(jié)構(gòu)、思路簡(jiǎn)單，運(yùn)行時(shí)性能穩(wěn)定且能較好的符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)原器件要求不高，且成本低廉、調(diào)整方便，

2

3(各組成部分的工作原理

3.1 方波發(fā)生電路的工作原理

R

10kΩU1

R334

121kΩ

D2OPAMP_3T_VIRTUAL1N4680R2C151uFR11kΩ1kΩD1

1N4680

GND

圖2 方波信號(hào)發(fā)生原理

此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓+Uz,,此時(shí)滯回電壓比較器的門限電壓為UTH2。輸出信號(hào)通過R對(duì)電容C,正向充電，充電波形如圖3箭頭所示。當(dāng)該電壓上升到 ,TH2時(shí)，電路的輸出電壓變?yōu)?UZ,門限電壓也隨之變?yōu)閁TH1，電容C1經(jīng)電阻R放電。當(dāng)該電壓下降到,TH,時(shí)輸出電壓又回到+Uz，電容又開始正相充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。

TH2 U充放電波形

O

UTH1

圖, 方波信號(hào)發(fā)生波形

3

3.2 方波--三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理

,.電路的組成

4

R6R16

1kΩ510ΩRP1C120kΩ50%

Key=BR2101uFU2100kΩ

U15R3R413

1kΩ1kΩOPAMP_3T_VIRTUALD2

OPAMP_3T_VIRTUAL1N5231B278D1

1N5231B

R8RGND

10kΩ100kΩGND

圖4 積分電路產(chǎn)生三角波

根據(jù)RC積分電路輸入和輸出信號(hào)波形的關(guān)系可知，當(dāng),,積分電路的輸入信號(hào)為方波時(shí)，輸出信號(hào)就是三角波，由此可得，利用方波信號(hào)發(fā)生器和,,積分電路就可以組成三角波信號(hào)發(fā)生器。如圖,

該電路的工作原理是:方波信號(hào)發(fā)生器輸出的方波輸入積分電路，在積分電路的輸出端得到三角波信號(hào)。積分電路的輸出端除了輸出三角波信號(hào)外，還通過電阻,,.,p1將三角波信號(hào)反饋到滯回電壓比較器的輸入端，將三角波信號(hào)整形變成方波信號(hào)輸出。該電路工作波形圖如圖,

圖, 三角波

,.振蕩頻率

因?yàn)�，該電路振蕩信�?hào)的頻率與三角波輸出信號(hào)的幅度有關(guān)，所以要確定該電路的

4

振蕩頻率，必須先確定三角波信號(hào)的輸出幅度。三角波輸出信號(hào)的幅度等于滯回電壓比較器的閾值電壓，根據(jù)疊加定理可求出滯回電壓比較器的閾值電壓為

u+=UOR1/(R1+R2)-UOR2(R1+R2)=u-=0

由此可得輸出信號(hào)的幅度為:Uom=UTH=R1Uz/R2

設(shè)積分電路的輸出電壓從+Uom到,Uom所需要的時(shí)間為t，根據(jù)積分電路輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系式可得

2Uom=uo1*t/(C*R4)

即t=2R4*C1*Uom/Uz=2R1*R4*C1/R2

因三角波信號(hào)的周期為2t,所以三角波輸出信號(hào)的頻率為

f=R2/(4R1*R4*C1)

3.3三角波--正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理

圖6 三角波產(chǎn)生正弦波原理圖

原理:采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。

圖7 正弦波

5

3.4 方波—鋸齒波轉(zhuǎn)換電路的工作原理

R213

510Ω

R10

20kΩ50%

Key=BR12D46

R61kΩ1N415450%Key=A12C1D310kΩ8

R41N4154191uFU2U1100kΩ

14R3115

1kΩ7D2OPAMP_3T_VIRTUALOPAMP_3T_VIRTUAL1N46802

R516D1100kΩ1N4680

R7

GND10kΩ

圖8 鋸齒波產(chǎn)生原理圖

三角波信號(hào)的特征是波形上升和下降的斜率相同，當(dāng)波形上升和下降的斜率不同時(shí)，三角波就轉(zhuǎn)化成鋸齒波。根據(jù)這個(gè)特征，只要將圖4的電路中的積分電路改成時(shí)間常數(shù)隨方波輸出極性而變化的電路，即可組成鋸齒波信號(hào)發(fā)生器。圖,中的二極管D3和D4的作用是改變積分電路的時(shí)間常數(shù)，當(dāng)輸入為+Uz時(shí)，D3導(dǎo)通，D4斷開，積分電路的時(shí)間常數(shù)為R(8到12)C,;當(dāng)輸入為,Uz時(shí)，D3斷，D4通，積分電路的時(shí)間常數(shù)為R(6到,,)C,.可得

T=t1+t2=2(R4+R5)R1C1/R2 波形圖如圖,

圖, 鋸齒波

6

3.5總電路圖

Rp3113

510Ω500kΩ50%Key=CRp2S120kΩ50%5Key=BU317R9Rp1D410Key = Space62kΩR51kΩ1N415450%Key=A12C1D310kΩ3OPAMP_3T_VIRTUAL814R2111N4154191uFR8U2U1100kΩ10kΩ

R3R6R71415

1kΩ510Ω510Ω7D2OPAMP_3T_VIRTUALC4C2OPAMP_3T_VIRTUAL1N46802C34.7uF2.2uFR16D12.2uF100kΩ1N4680

GNDR4

GND10kΩ

圖, 總電路圖

圖中S1開關(guān)可實(shí)現(xiàn)各種波形切換，滑動(dòng)變阻器Rp2可實(shí)現(xiàn)不同頻率調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)Rp1可實(shí)現(xiàn)方波占空比的調(diào)節(jié)，最主要的是可將三角波轉(zhuǎn)換為鋸齒波，調(diào)節(jié)Rp,可調(diào)節(jié)輸出波形不同的幅值。

7

4.用Multisim10電路仿真

4.1輸出方波電路的仿真

用Multisim10電路仿真軟件進(jìn)行仿真。從Multisim10仿真元件庫中調(diào)出所需元件，按電路圖接好線路，方波輸出端接一個(gè)虛擬的示波器，接通電源后，將S1開關(guān)打到方波信號(hào)線檔，可得如圖10所示的輸出方波仿真圖。

圖10 輸出方波電路的仿真

8

4.2三角波電路的仿真

方法同輸出方波電路的仿真方法，將S1開關(guān)打到三角波信號(hào)線檔即可得圖11所示的方波轉(zhuǎn)三角波波形仿真圖。

圖11 輸出三角波電路的仿真

9

4.3正弦波電路的仿真

方法同輸出方波電路的仿真方法，將S1開關(guān)打到正弦波信號(hào)線檔即可得圖12所示的正弦波波形仿真圖。

圖13 輸出正弦波電路的仿真

10

4.4鋸齒波電路的仿真

方法同輸出方波電路的仿真方法，將S1開關(guān)打到三角波信號(hào)線檔，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻Rp1,最好是0%或100%即可得圖14所示的鋸齒波波形仿真圖。

圖14 輸出鋸齒波電路的仿真

5實(shí)驗(yàn)總結(jié)

為期幾天的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，在這幾天的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、及電路搭建過程中我感觸頗深。使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)試;熟悉了常用的儀器儀表;了解了電路的連接、搭建方法;以及如何提高電路的性能等等。

通過對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我還深刻認(rèn)識(shí)到了“理論聯(lián)系實(shí)際”的這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書本上的知識(shí)，明白了學(xué)以致用的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因。他是為了教會(huì)我們?nèi)绾芜\(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際的問題，提高我們的動(dòng)手能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)到電路的焊接以及調(diào)試過程中，我個(gè)人感覺調(diào)試部分是最難的，因?yàn)槟憷碚撚?jì)算的值在實(shí)際當(dāng)中并不一

11

定是最佳參數(shù)，我們必須通過觀察效果來改變參數(shù)的數(shù)值以期達(dá)到最好。而參數(shù)的調(diào)試是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的積累過程，沒有經(jīng)驗(yàn)是不可能在短時(shí)間內(nèi)將其完成的，而這個(gè)可能也是老師要求我們加以提高的一個(gè)重要方面吧～

其次，這次課程設(shè)計(jì)提高了我的團(tuán)隊(duì)合作水平，使我們配合更加默契，體會(huì)了在接好電路后測(cè)試出波形的那種喜悅，體會(huì)到成功來自于汗水，體會(huì)到成果的來之不易。

在實(shí)驗(yàn)過程中，我們遇到了不少的問題。比如:波形失真，甚至不出波形這樣的問題。在老師和同學(xué)的幫助下，把問題一一解決，那種心情別提有多高興啦。實(shí)驗(yàn)中暴露出我們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)中所存在的問題，有些理論知識(shí)還處于懵懂狀態(tài)，老師們不厭其煩地為我們調(diào)整波形，講解知識(shí)點(diǎn)，實(shí)在令我感動(dòng)。

還有值得我們自豪的就是我們的線路連得橫豎分明，簡(jiǎn)直就是藝術(shù)，當(dāng)然，我們也有很多不足的地方，

最后用一句話來結(jié)束吧:“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”。

類型規(guī)格數(shù)量備注

3 電阻 0.51K,

1 1K,

1 2K,

3 10K,

2 100K,

1 滑動(dòng)變阻器 1K,

1 20 K,

1 500 K,

LM324N 1 芯片