，將輸入信號進(jìn)行積分運算得到一個三角波信號集成運放運算電路設(shè)計
1.集成運放運算電路設(shè)計
2.設(shè)計一個積分運算電路，用于將方波變換為正弦波，已知輸入方波的幅值為2V，周期為1ms。
本課設(shè)為將方波變換為正弦波，題目要求利用積分電路來設(shè)計電路，而積分電路只能將方波轉(zhuǎn)換為三角波，并不能直接將方波變換為正弦波。因此，還需要有其他電路將三角波轉(zhuǎn)換為正弦波。根據(jù)對題目的分析我們得到以下幾個方案：
方案一：方波——>（積分電路）三角波——>（有源低通濾波電路）正弦波；
方案二：方波——>（積分電路）三角波——>（差分放大器）正弦波
方案三：方波——>(積分電路)三角波——>（折線逼近法）正弦波
上述方案的優(yōu)缺點:
優(yōu)點:對于方案一所需元器件少，節(jié)約了成本，更重要的是利于焊接和調(diào)試;對于方案二可通過調(diào)零電位器使差分電路對稱；方案三不受輸入電壓頻率范圍的限制,便于集成化。
缺點:方案一只適合固定頻率或者頻率變化很小的場合;方案二中所需元件較多,焊接與調(diào)試有一定難度；方案三的反饋網(wǎng)絡(luò)中電阻的匹配比較困難
此次設(shè)計我采用方案二，利用積分電路、差分放大電路的單端輸入和單端輸出和鏡像電流源來實現(xiàn)。
本系統(tǒng)主要分為3個單元模塊，它們分別是：積分電路、差分放大器電路和鏡像恒流源電路。各單元模塊功能及相關(guān)電路的具體說明如下。
3.1積分電路的模塊設(shè)計3.1.1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。如圖1所示：集成運放同相輸入端接電阻后接地，反相輸入端輸入方波，經(jīng)反饋電路中的電容積分，變?yōu)槿遣ê筝敵�。由積分運算電路輸出函數(shù)：，將輸入信號進(jìn)行積分運算得到一個三角波信號
該模塊由
、
和集成運放構(gòu)成積分電路，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。
圖1 積分電路模塊電路圖
3.1.4模塊的電路分析由虛短知，反向輸入端的電壓與同向端相等，
由虛斷知，通過
的電流與通過的電流相等。
通過的電流
，
通過的電流
；
所以，，即輸出電壓與輸入電壓對時間的積分成正比。
該模塊主要是將三角波轉(zhuǎn)換為正弦波。
3.2.2模塊的組成和工作原理該模塊由
、
、
和
以及
、
構(gòu)成單端輸入-單端輸出的差分式放大電路。根據(jù)差分式放大電路抑制共模信號，放大差模信號的特性，將一端接輸入三角波輸入，一端接地，輸出一個三角波。再利用差分放大器的非線性傳輸特性，使三角波波峰處于非線性區(qū)，可將波峰失真成圓頂，并通過差分放大器的對稱性，使信號上下都獲得相同的失真，最終得到一個正弦波。
圖2 差分放大器電路圖
3.2.4模塊的電路分析、采用三極管2N222（
），它與電阻、、及電位器
共同組成差分放大器的基本電路。其中電容
、
分別為隔直電容和濾波電容，以消除諧波分量，改善輸出波形。
該模塊主要是用來調(diào)節(jié)差分放大器的Q點。
3.3.2模塊的組成和工作原理該模塊由
、
、
構(gòu)成鏡像恒流源電路。通過調(diào)節(jié)電位器
，使此電路產(chǎn)生的電流
變化流入放大器，使其靜態(tài)工作點發(fā)生變化，從而使信號發(fā)生失真。
圖3 鏡像恒流源電路圖
3.3.4模塊的電路分析
、與電阻、
共同組成恒流源電路，為差分對管的射極提供恒定電流。由于差分式放大電路的靜態(tài)工作點由恒流源決定，故鏡像恒流源電路是為了獲得 ，一般為一毫安或者幾毫安，這里設(shè)定的值為
。
4.1.總原理圖圖4 總原理圖
4.2元件清單
和的確定首先要確定三角波斜率，使之不會過大或過小，難以形成三角波。
根據(jù)進(jìn)行計算：
在
內(nèi)，
；
因為輸入的方波幅值為2V，周期為1ms，利用圖像分析可得：
三角波斜率的絕對值
在
之間，令
，可得
。
的確定為濾波電容，濾掉不需要的諧波，使波形更加接近正弦波。此值根據(jù)輸入信號的頻率確定，該電路取4.7μF。
、
和、的確定差分放大電路的靜態(tài)工作點主要由恒流源決定.因為越小，恒流源越恒定，溫漂越小，放大器的輸入阻抗越大。但是也不能太小，這里取
，則
。從而可求得：
；
令輸入阻抗不小于兩千歐，根據(jù)
可得：
==1
；
令放大電路的放大倍數(shù)
，根據(jù)
可求得
，故取==500
。
、的確定為濾波電容，濾掉不需要的諧波，使波形更加接近正弦波。此值根據(jù)輸入信號的頻率確定，此電路取4.7μF；的作用是濾除高次諧波，一般取幾十到一百皮法，此電路取50pF。
、
、的確定對恒流源電路進(jìn)行靜態(tài)分析可得：
則 
射極電阻
一般取幾千歐姆，這里取==2.5.,則
.為方便調(diào)整, 用
電位器來代替。
由示波器可見，經(jīng)過積分電路后，輸入的方波轉(zhuǎn)換為了三角波。
由示波器結(jié)果可見，幅值為2V，周期為1ms的方波在經(jīng)過設(shè)計電路后變?yōu)榱苏也ā?/font>
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，并且鞏固了書本上的知識。通過上網(wǎng)查詢資料的過程中我也學(xué)到了很多書面上沒有搞懂的問題。這次課程設(shè)計，讓我學(xué)到了很多有用的知識和能力，我相信對以后的學(xué)習(xí)和工作都將是非常有益的。
在整個過程中，用Multisim軟件仿真是這次設(shè)計的難點，雖然以前在課外學(xué)習(xí)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(xì)節(jié)設(shè)計上，但有時接線，因為不夠細(xì)心，造成整個電路無法運行，最后還是在通過多次對電路仿真，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(dāng)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(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。
設(shè)計.doc
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