模拟电子技术课程设计--波形发生器

模拟电子技术课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 --波形发生器 目 录 1概述……………………………………………………(3) 1.1 课程计的目的………………………………(3) 1.2课程设计的任务与要求…………………………(3) 1.3 课程设计的技术指标………………………(3) (1) 2 各部分电路设计……………………………(3) 2.1正弦波波发生器的电路和工作原理……………(3) 2.2 方波发生电路的工作原理…………………(4) 2.3矩形波的工作原理……(5) 2.4三角波发生器的工作原理……………………(6) 2.5方波---三角波转换电路的工作原理……………(8) 2.6三角波---正弦波转换电路的工作原理……(12) 2.7电路的参数选择及计算……………………(13) 2.8 总电路图………………………………(14) 3 电路仿真调试……………………………(16) 3.1 方波---三角波发生电路的仿真………(16) 3.2 三角波---正弦波转换电路的仿真………(17) 3.3 方波---三角波发生电路调试…………(18) 3.4 三角波---正弦波转换电路调试……………(19) 3.5 矩型波的调试…………(20) 5 实验总结及感想及参考文献……………………(21) 一、 概述 1.1课程设计的目的 1. 进一步掌握模拟电子技术的理论知识，培养工程设计能力和综合分析问 题、解决问题的能力。 2. 基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能 力。 3. 学会运用Multisim11仿真软件对所作出的理论设计进行仿真测试，并能 进一步完善设计。 1.2任务和要求 本次课程设计的任务是在教师的指导下，学习Multisim仿真软件的使用方法，分析和设计完成3个项目的电路设计与仿真。完成该次课程设计后，学生应达到以下要求: 1、巩固和加深对《电子技术2》课程知识的理解; 2、会根据课题需要选学参考书籍 、查阅 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 和文献资料; 3、掌握仿真软件Multisim的使用方法; 4、掌握简单模拟电路的设计、仿真方法; 5、按课程设计任务书的要求撰写课程设计报告，课程设计报告能正确反应设计和仿真结果。 1.3 主要技术指标 ?要求所设计的函数信号发生器能产生方波、三角波、正弦波; ?要求该函数信号发生器能够实现频率可调 ; ?函数发生器以集成运放及分立元件为核心进行设计。 二、各部分电路设计 2.1正弦波发生电路 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的正弦波大多由正弦波震荡电路产生。正弦波震荡电路是在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激震荡而产生正弦波的电路。正弦波震荡电路必须由放大电路、选频网络、正反馈网络、稳幅环节四个部分组成。正弦波震荡电路主要分为 RC 正弦波震荡电路、LC 正弦波震荡电路、石英晶体正弦波震荡电路三种，综合考虑各种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，最后选定 RC 桥式正弦波震荡电路为本次设计的正弦波发生器 电路组成 所选用的实用 RC 桥式震荡电路图如图 4.1.1 所示: 1 文式电桥振荡器:1/ 2RC。正反馈电路:RC 串并选频网络决定RC 振荡器的振荡频率f0。负反馈电路: R7和R1决定起振条件，调节波形与稳幅控制。R3并联D1、D 2，正向非线性电阻起振时，电阻大负反馈小;振荡幅值大时， C1、C2用以改善输出电压波形，稳定电阻小负反馈大，整形限幅。图中二极管 输出幅度。起振时，由U0很小， C1、C2 接近于开路，R3 、C1、C2并联电路的等效电阻近似等于R 3，此时Au1 (R3R7)/R13,电路产生振荡。随着U 0的增大，C1、C2导通，R3、C1、C2并联电路的等效电阻减小，Au随之下降，使Au3，U0幅度趋于稳定。R7可用来调节输出电压的波形和幅度。为了保证起振，由R3 R72R1，可得R7的值必须满足R72R1R3。也就是说，R7过小，电路有可能停振。调节R7 使 R7 略大于2R1R3,起振后的振荡幅度较小，但输出波形比较好。调节 R7使R7 增大，输出电压的幅度增大，但输出电压波形失真也增大，当 R7增大到 2R1时，使得无论二极管C1、C2是否导通，电路均满足Au3, C1、C2失去了自动稳压作用，此时振荡将会产生严重的限幅失真，所以为了使输出电压波形不产生严重的失真，要求R7值必须小于2R1。由此可见，为了使电路容易起振，又不产生严重的波形失真，应调节R7 满足:2R1R7 2R1 R3. 2.2方波发生电路的工作原理 因为方波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分;因为产生振荡，就是要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈;因为输出状态应按一定的时间间隔交替变换，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。 电路组成 方波发生电路组成如图 3.2.1-1 所示,其电压传输特性如图 4.2.1所示 2 电路分析 图 4.2.1(a)滞回比较器的输出电压uoUT阀值电压U T (R1/R 1R 2) •Uz， 因而电压传输特性如图 4.2.1(b)所示。设某一时刻输出电压为 u 0UZ，则同相输入端电位upUT。u0通过R3 对电容 C正向充电。反相输入端电位u N 随时间 t 增长而逐渐升高，当 t 趋近于无穷时， Nu趋于UZ ; 但是，一旦 u NUT再稍增大， ou 就从U Z 跃变为UZ，与此同时up从UT跃变为UT。随后 u o 又通过 R3对电容C反向充电，或者说放电。输入端电位 u N 随时间t 增长而逐渐降低，当 t 趋近于无穷时，u N 趋于;但是，一旦uNU T ，再稍减小，uo就从UZ跃变为U Z ，于此同时 u p 从U T 跃变为U T ，电容又开始正向充电。上述过程周而复始，电路产生离自激震荡，形成我们所需要的方波。 2.3.矩形波 (1)电路图: 3 矩形波发生电路图 2R12*20k 震荡周期:T,2RCIn(1，),2*0.01uF*100k*In(1，),2In(3.67)mF15kR2 ''RR，TW1占空比:当T1>T2时， D,,,41%TR2，RW (2)、仿真电路 矩形波发生电路仿真图 2.4三角波发生电路 在图 4.3.1的方波发生电路中，当滞回比较器的阀值电压数值较小时，可将电容两端的电压看成为近似三角波。但是，一方面这个三角波的线性度较差，另一方面带负载后将使电路的性能产生变化。因此只要将方波电压作为积分电路的输入，在其输出端就得到三角波电压。 4 电路组成 由以上分析得到三角波发生器的电路图如图4.3.1(a)所示，波形分析电路图如图4.3.1(b)所示。 图4.3.1(a) 图4.3.1(b) 电路分析 图4.3.1(b)滞回比较器的输出电压U01=?Uz，它的输入电压是积分电路的输出电压u0。，根据叠加原理，集成运放U5同相输入端的电位 令Up1=Un1=0，则阀值电压 积分电路的输入电压是滞回比较器的输出电压u01，而且u01不是=Uz，就是-Uz，所以输出电压的表达式为 式中u0(t0)为初态的输出电压。设初态时u01正好从-Uz跃变为+Uz，则 5 积分电路反向积分，u0随时间的增长线性下降，当u0=-Ut，再稍减小，u01将从+Uz跃变为-Uz。使得 U0(t1)产生跃变时的输出电压。积分电路正向积分，u 0随时间的增长线性增大。当u0=+Ut，再稍微增大，u01将从-Uz跃变为+Uz，回到初态，积分电路又开始反向积分。电路重复上述过程，产生自己震荡，输出三角波形，幅值为?Ut。 2.5方波---三角波转换电路的工作原理 C1 3U1R1 3U22Rp2R4 42 50%41 R215R17R3Rp15 50% 方波—三角波产生电路 RR，RC4()24p21T,R2R，RUU,,,3p1To2mR，R3p1 工作原理如下: 6 若a点断开，运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia，R1称为平衡电阻。比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-Vee(|+Vcc|=|-Vee|), 当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。设Uo1=+Vcc,则 RRP，R312 UVU,，，,()0，CCiaRRRPRRRP，，，，231231 将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为 ,,RR22 () UVV,，,,CCCCiaRRPRRP，，3131 若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为 ,RR22() UVV,,, ，EECCiaRRPRRP，，3131 R2,,,2UUUI比较器的门限宽度 ，,HCCiaia，RRP31 由以上 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 可得比较器的电压传输特性，如图3-71所示。 a点断开后，运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器，其输入信号为方 ,1UUdt,波Uo1，则积分器的输出Uo2为 OO21,RRPC，()422 ,，,()VVCCCC Utt,,时， UV,，2OOCC1()()RRPCRRPC，，422422 V,,()VCCEE时，Utt,, UV,,2OOEE1()()RRPCRRPC，，422422 可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下图所示。 a点闭合，既比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。 R2UV,三角波的幅度为 OmCC2RRP，31 7 方波-三角波的频率f为 RRP，31 f, 4()RRRPC，2422 由以上两式可以得到以下结论: 1. 电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若 要求输出频率的范围较宽，可用C2改变频率的范围，PR2实现频率微调。 2. 方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc。三角波的输出幅度应不超过电源电压 +Vcc。 电位器RP1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。由以上分析得到三角波发生器的电路图如图4 .3.1(a)所示，波形分析电路图如图4.3.1(b)所示。 电路组成 8 电路分析 图4.3.1(b)滞回比较器的输出电压U01=?Uz，它的输入电压是积分电路的输出电压u0。，根据叠加原理，集成运放U5同相输入 图4.3.1(b)滞回比较器的输出电压U01=?Uz，它的输入电压是积分电路的输出电压u0。，根据叠加原理，集成运放U5同相输入端的电位 令Up1=Un1=0，则阀值电压 积分电路的输入电压是滞回比较器的输出电压u01，而且u01不是=Uz，就是-Uz，所以输出电压的表达式为 式中u0(t0)为初态的输出电压。设初态时u01正好从-Uz跃变为+Uz，则 积分电路反向积分，u0随时间的增长线性下降，当u0=-Ut，再稍减小，u01将从+Uz跃变为-Uz。使得 U0(t1)产生跃变时的输出电压。积分电路正向积分，u 0随时间的增长线性增大。当u0=+Ut，再稍微增大，u01将从-Uz跃变为+Uz，回到初态，积分电路又开始反向积分。电路重复上述过程，产生自己震荡，输出三角波形，幅值为?Ut。 2.6三角波---正弦波电路的工作原理 9 差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。分析表明， aI0传输特性曲线的表达式为: IaI,,CEUU22/idT1，e aI0 ,,IaICE,UU11/idT1，e 式中 aII,,/1CE ——差分放大器的恒定电流; I0 ——温度的电压当量，当室温为25oc时，UT?26mV。 UT 如果Uid为三角波，设表达式为 4U,T,,Tm,,t,0,,t,,,,,T4,,,2,,U,,id ,4U3T,,m,T,,t,,,,,tT,T4,,,,,2,, 式中 Um——三角波的幅度; T——三角波的周期。 为使输出波形更接近正弦波，由图可见: (1) 传输特性曲线越对称，线性区越窄越好; (2) 三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。 10 (3) 图为实现三角波——正弦波变换的电路。其中Rp1调节三角波的幅度， Rp2调整电路的对称性，其并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性 区。电容C1,C2,C3为隔直电容，C4为滤波电容，以滤除谐波分量， 改善输出波形。 2.7电路的参数选择及计算 (1)、比较器A1与积分器A2的元件参数计算如下。 根据原理有: R2 即 UV,OmCC2RRP，31 取R2=10kΩ，则R3+RP1=50 kΩ，取R2=20 Kω,RP1为47 kΩ的电位器。取平衡电阻R1=R2//(R3+RP1) ?10 kΩ。 RRP，RRP，3131RRP，,-62) ，即 由式(3f,414RC，4()RRRPC，222422 当100HZ?f?1KHZ时 ，取C2=100nf以实现频率波段的转换，R4取5.1 kΩ，RP2取100 kΩ电位器。取平衡电阻。 Rk,,105 (2)三角波—>正弦波变换电路的参数选择原则是:隔直电容C3、C4、C5要取得较大，因为输出频率很低，取，滤波电容视输出的波CCCF,,,470,C3456形而定，若含高次斜波成分较多，可取得较小，一般为几十皮法至0.1微CC66 法。RE2=100欧与RP=100欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大4 器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP及电阻R*确定。 4 2.8 总电路图 11 三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路 先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过差分放大器形成正弦波 三、电路仿真 3.1正弦波--方波发生器仿真波形 (1)当方波三角波都处于峰值1v时， (2)方波幅值0~1V可调 12 (3)三角波幅值0~1V可调 (4) 正弦波波形 (5) 频率100HZ~1KHZ可调 13 (4)、仿真结果 14 a、 T1,T2时的矩形波发生电路仿真波形 b、 T1T2时的矩形波发生电路仿真波形 (5)仿真分析:仿真图形如上图所示: 当T1,T2时，矩形波的幅度Uom,5V，震荡周期T,10ms，且正负半周期相等，当T1