模電多種波形發(fā)生器的制作課程設(shè)計說明書(正弦波 方波 三角波)

方案二原理框圖如圖2-2所示：

方案二的簡單表述：

可以先用比較器產(chǎn)生方波輸出，方波經(jīng)過積分電路可以得到三角波的輸出，再利用二階有源低通濾波電路將三角波轉(zhuǎn)換為正弦波。

方案一結(jié)構(gòu)簡單，具有較好的正弦波和方波信號，要通過積分器電路產(chǎn)生同步的三角波，存在一定困難，積分電路的積分的積分常數(shù)通常是不變的，隨著方波信號頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度將同時改變。若想使三角波不變，必須改變積分時間常數(shù)大小。

方案二的電路將方波和三角波視為一體，因為比較器A1與積分器A2組成正反饋閉合電路。集成運放構(gòu)成電壓比較器，輸出方波信號，運放構(gòu)成積分器，將方波變換成三角波輸出，三角波再通過二階有源低通濾波電路變成正弦波。實際效果好。

方案一雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是不容易改變?nèi)�角波。而方案二比較這一點就更容易實現(xiàn)。方案二更符合本次實驗的設(shè)計。

方案一原理框圖如圖2-3所示：

方案一的簡單表述：

市電通過變壓器降壓為15v交流電壓，然后通過整流橋整流，再經(jīng)過電容對其進行濾波，最后經(jīng)過穩(wěn)壓芯片將電壓穩(wěn)定為12v直流電壓

方案二原理框圖如圖2-4所示：

方案二的簡單表述：

利用充電寶5v供電經(jīng)過濾波，然后經(jīng)過升壓電路變成12v電壓在，再經(jīng)過濾波，最后輸出穩(wěn)定的12v直流電壓。

方案一通過變壓器將日常用電的220v交流電壓降壓為15v交流電壓，然后通過整流橋和濾波電路變?yōu)橹绷麟妷鹤鲎詈笤俳?jīng)過穩(wěn)壓電路對其穩(wěn)壓，輸出12v穩(wěn)定的直流電壓。該電路結(jié)構(gòu)比較簡單，輸出電壓比較穩(wěn)定。

方案二利用日常生活中的充電寶提供5v直流電壓，然后經(jīng)過濾波，再經(jīng)過升壓電路，最后經(jīng)過濾波電路輸出穩(wěn)定的12v直流電壓。該電路簡單，效率高達90%，抗干擾能力強。

基于方案二比方案一電路更簡單，抗干擾能力強。方案一使用220v交流電壓具有一定的危險性，并且對電路要求高與方案二。方案一使用的電子元件多于方案二的，在經(jīng)濟層面上方案二更實惠。通過比較最終選擇方案二。

總體設(shè)計框圖：

圖2-5總體設(shè)計框圖

本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系；同時本節(jié)也會對相關(guān)電路中的參數(shù)計算、元器件選擇、以及核心器件進行必要說明。

本系統(tǒng)主要分為4個單元模塊，它們分別是：方波產(chǎn)生模塊、三角波產(chǎn)生模塊、正弦波產(chǎn)生模塊、和電源模塊。各單元模塊功能及相關(guān)電路的具體說明如下。

（1）模塊的具體功能
該模塊由比較器組成，這種比較器具體為滯回比較器，其功能為產(chǎn)生方波。

（2）模塊的組成和工作原理

該模塊由R10、R1與集成運放組成滯回比較器，穩(wěn)壓管D1、D2的作用是鉗位，將滯回比較器輸出電壓穩(wěn)定在正負。滯回比較器工作原理當輸入信號逐漸增大或減少時，它有兩個閾值，其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀。

（3）模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示：

圖3-1方波模塊結(jié)構(gòu)框圖

（4）模塊的具體電路如圖3-2所示：

圖3-2方波模塊電路圖

（5）相關(guān)參數(shù)計算

電路的第方波幅度由D1與D2決定，不會隨著R10的變化而變化，本次實驗中的穩(wěn)壓二極管選擇為5.1V的，則其穩(wěn)壓幅度為：

其中，0.7V為二極管D1正向?qū)�通時的管壓降。

其中，0.7V為二極管D2正向?qū)�通時的管壓降

該波形的振蕩周期為：

因為為可調(diào)電阻，這周期隨著的變化而變化。

（1）模塊的具體功能

該模塊主要是將方波通過積分電路轉(zhuǎn)換為三角波輸出。

（2）模塊的組成和工作原理

該模塊由、、和集成運放構(gòu)成積分電路，將上一級的方波信號轉(zhuǎn)換為三角波輸出。積分電路可將矩形脈沖波轉(zhuǎn)換為鋸齒波或三角波,還可將鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物波。電路原理是基于電容的充放電原理，其中重要的是電路的時間常數(shù)RC，構(gòu)成積分電路的條件是電路的時間常數(shù)必須大于或等于10倍輸入波形的寬度。

（3）模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-3所示：

圖3-3方波模塊結(jié)構(gòu)框圖

（4）模塊的具體電路如圖3-4所示：

圖3-4 三角波模塊電路圖

（5）相關(guān)參數(shù)計算

該波形的幅度可以由R10進行調(diào)節(jié)，但是其幅度最大值還是由D1、D2所控制，其周期公式跟方波是一致的為：

（1）模塊的具體功能

該模塊主要是將三角波通過二階有源低通濾波電路轉(zhuǎn)換為正弦波輸出。由于該電路濾波不是理想那樣，存在信號衰減，所以在輸出端加了一同向比例放大電路，來調(diào)節(jié)輸出正弦波的幅值。

（3）模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-5所示：

圖3-5正弦波模塊結(jié)構(gòu)框圖

（4）模塊的具體電路如圖3-6所示：

（1）模塊的具體功能

該模塊主要是將5V直流電壓轉(zhuǎn)換為12V直流電壓。

（3）模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-7所示：

圖3-7電源模塊結(jié)構(gòu)框圖

（4）模塊的具體電路如圖3-8所示：

圖3-8電源模塊電路圖

本系統(tǒng)中主要使用了如下一些功能器件：MT3608芯片和LM324芯片。下面就這些器件的功能特點、主要參數(shù)和使用方法作相應(yīng)說明。

圖3-9 MT3608引腳圖

參數(shù)名稱	符號	值	單位
輸入電壓		2～24
輸出電壓		0～85
最大輸出電流		2
最高工作頻率	K	1.2
工作溫度	T	155	℃

MT3608一般用于作為升壓，下圖是其一般用作升壓的原理圖，和5V升壓為12V的效率曲線圖。      

圖3-10 MT3608基本升壓圖

圖3-11 MT3608升壓效率圖

   

圖3-12 LM324引腳圖

表3-2  LM324的參數(shù)表

參數(shù)名稱	符號	額定值	單位
電源電壓	VCC	32
輸入差分電壓		32
功耗		720
工作環(huán)境溫度		-30～85	℃
儲存溫度		-55～125	℃
通道分離度	C.S	120
最大輸出電流		40

（4）LM324的用法

LM324的使用一般是使用其內(nèi)部4個集成運放，用于反向交流放大器、同向交流放大器、交流信號三分配放大器、溫測電路、比較器、有源帶通、積分器等。

（1）NE5532的功能

NE5532是一種雙運放高性能低噪聲運算放大器 。相比較大多數(shù)標準運算放大器，如1458，它顯示出更好的噪聲性能，提高輸出驅(qū)動能力和相當高的小信號和電源帶寬。

（2）NE5532引腳圖如圖3-13所示：

圖3-13 NE5532引腳圖

（3）NE5532參數(shù)表如表3-3所示：

表3-3  NE5532的參數(shù)表

本次主要對方波模塊，三角波模塊和正弦波模塊進行了調(diào)試。

Multisim 14是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。NI Multisim軟件是一個專門用于電子電路仿真與設(shè)計的EDA工具軟件。作為 Windows 下運行的個人桌面電子設(shè)計工具，NI Multisim 是一個完整的集成化設(shè)計環(huán)境。NI Multisim計算機仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學與實際動手實驗相脫節(jié)的這一問題。學員可以很方便地把剛剛學到的理論知識用計算機仿真真實地再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。直觀的圖形界面，豐富的元器件，強大的仿真能力，豐富的測試儀器提供了22種虛擬儀器進行電路動作的測量和完備的分析手段。

圖4-1方波模塊仿真圖

圖4-2方波仿真波形圖

將雙通道示波器的通道A接在R3后，開始仿真。點擊示波器，觀察波形。通過調(diào)節(jié)R10，可以觀察到方波的周期發(fā)生改變。

圖4-3 三角波模塊仿真圖

將示波器的B通道端接在C1后，開始仿真觀察波形。通過調(diào)節(jié)R10，可觀察到方波的周期在改變，而三角波的周期與幅度都在改變，可以早點R10可以控制三角波的幅度與周期。

圖4-6正弦波仿真波形圖

將示波器的A端接在R2端，B端接在R12端，開始仿真觀察波形。由波形圖可知經(jīng)過二階有源低通濾波電路，波形出現(xiàn)了極大信號衰減，我同過同向比例放大電路將改波形放大。

本系統(tǒng)可以產(chǎn)生方波、三角波和正弦波。其方波的周期和三角波、正弦波的周期頻率都是可調(diào)的。

圖5-2 三角波調(diào)試圖

   

參數(shù) 波形	幅值（V）	周期（ms）
方波	5.00	0～23.81
三角波	0～5.00	0～23.81
正弦波	0～18.11	0～48.44

本設(shè)計要求能夠產(chǎn)生多種波形是通過先產(chǎn)生方波、三角波，然后三角波轉(zhuǎn)變?yōu)檎�弦波實現(xiàn)的。將滯回比較器與積分器首尾相連組成閉關(guān)系統(tǒng)，從而產(chǎn)生方波和三角波，在三角波與正弦波轉(zhuǎn)換的電路方面，主要采用有源二階低通濾波。該波形產(chǎn)生部分的優(yōu)點：電路簡單，可調(diào)波形的幅度與周期，具有良好的抗干擾性。在直流穩(wěn)壓電源這部分，本設(shè)計采用了串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源，通過兩個升壓模塊將5V電壓升壓到12V，然后串聯(lián)起 形成24V電壓，以中間電壓為地，兩端電壓輸出從而得到我們試驗所需的電壓。這個雙電壓源的優(yōu)點在于可以通過不同需求調(diào)控電壓的大小。在本次設(shè)計中遇到的問題:正弦波產(chǎn)生電路由于經(jīng)過了信號衰減，導致波形的幅度大大降低。解決方案：將衰減的信號通過正向比例放大電路放大。本次設(shè)計需要改進的地方：使方波的波形的幅度變得可調(diào)。

經(jīng)過了一個多星期的不停的檢測和修改，終于把最終的電路圖和成品完成了。經(jīng)過了這次課程設(shè)計，大大地提高了我的動手能力以及分析問題的能力，在老師的熱心的指導下，解決了很多問題，從中也學到了很多書面上所沒有搞清楚的問題。這次課程設(shè)計，讓我學到了很多有用的知識和能力，這對以后的學習和工作都將是非常有益的。用Multisim軟件仿真是這次設(shè)計的難點，雖然以前在課外學習中接觸過一些電子電路，但在初期還是感到無從下手。這是我第一次接觸Multisim軟件，感覺它比Protel更靈活易用，熟練以后十分順手。在整個電路的設(shè)計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設(shè)計上，在多種方案的選擇中，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因，但有時接線，因為不夠細心，造成整個電路無法運行，最后還是在通多次對電路的改進，上機仿真以及接線調(diào)試，終于使整個電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實踐，其過程很可能相當煩瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準備，像查找詳細的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。

在陳老師的指導下，本次課程設(shè)計我經(jīng)歷了前期資料收集、整合，提出多種方案，仿真電路設(shè)計和調(diào)試等過程，到最后完成設(shè)計，每一次和陳老師見面討論時，陳老師都會對我提出很多建設(shè)性意見。對我們提出的問題，陳老師也耐心地幫我們分析原因，提出解決方法。通過這次課程設(shè)計讓我綜合運用所學知識來判斷，分析，解決問題。在這次設(shè)計過程中，我遇到好多以前沒見多問題，使我對課本知識有了新的認識和掌握，更讓我學到了許多課本上學不到的知識。同時我也認識到在解決實際問題時一定要謹慎、細心抓住主要問題一絲不茍的深入研究，這樣才能更快的解決問題。其實在設(shè)計過程中難免會遇到一些困難和問題，不過這些都不是我們退縮害怕的理由，相反這樣反而會激發(fā)我的斗志與拼勁兒，使這些困難成為我的墊腳石。

我還要感謝我的同學，在設(shè)計電路，解決問題時，他們給我提供了很多幫助，與他們的默契合作是我設(shè)計能夠完成的主要因素之一。這次課程設(shè)計讓我將知識在實踐中親自應(yīng)用，給了我思考的機會，獲益匪淺。由于我的時間和水平都很有限，設(shè)計中不當和欠缺之處在所難免，望老師及其他同學批評指正。

再次感謝陳老師的悉心指導，老師的指導使我們少走了不少彎路，老師溫暖的話語使得我們能堅持到最后。

最后再次感謝每位給予我?guī)椭�的同學和老師！

[2] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分（第四版）[M].高等教育出版社,2003年3月

[3] 謝自美.電子線路設(shè)計實驗測試（第二版）[M].華中科技大學出版社，2000年7月

[4] 陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗(第二版)[M].湖北機械工業(yè)出版社,2001年

[5] 安玉景、李雪瑩.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗[M].人民郵電出版社,2002年

[6] 鄒其洪、黃智偉、高嵩等.電工電子實驗與計算機仿真[M].電子工業(yè)出版社,2005年

[7] 楊兆選.555定時器原理及實用電路集錦[M].天津大學出版社,1989年

[8] 何希才.新型集成電路及其應(yīng)用實例[M].北京科學出版社,2002.5

[9] 金定洲.模擬電子技術(shù)實驗教程[M].合肥安徽農(nóng)業(yè)大學出版社，2007年5月

[10] 陳永強、魏金城、吳昌東 模擬電子技術(shù) 北京：人民郵電出版社，2013.1

李荊新.docx (2.82 MB, 下載次數(shù): 91)

2018-9-3 17:44 上傳

點擊文件名下載附件
下載積分: 黑幣 -5