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)計報告
課程名稱: 電子技術(shù)基礎(chǔ)
設(shè)計題目: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: 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 同組同學(xué): 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師:
XXXX大學(xué)XXXX學(xué)院
XXXX年 月 日
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摘 要
波形函數(shù)信號發(fā)生器廣泛地應(yīng)用于各場所。函數(shù)信號發(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、儀表和自動控制系統(tǒng)測試用外，還廣泛用于其他非電測量領(lǐng)域，而我設(shè)計的正是多種波形發(fā)生器。設(shè)計了多種波形發(fā)生器，該發(fā)生器通過將滯回電壓比較器的輸出信號通過RC電路反饋到輸入端，即可組成矩形波信號發(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現(xiàn)正弦波的輸出。其優(yōu)點是制作成本低，電路簡單，使用方便，頻率和幅值可調(diào)，具有實際的應(yīng)用價值。
函數(shù)(波形)信號發(fā)生器。能產(chǎn)生某些特定的周期性時間函數(shù)波形(正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等)信號，頻率范圍可從幾個微赫到幾十兆赫函數(shù)信號發(fā)生器在電路實驗和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途
而因此電子專業(yè)的學(xué)生，對函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計，仿真，制作已成為最基本的一種技能，也是一個很好的鍛煉機會，是一種綜合能力的鍛煉，它涉及基本的電路原理知識，仿真軟件的使用，以及電路的搭建，既考驗基礎(chǔ)知識的掌握，又鍛練動手能力。
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
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設(shè)計要求 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實驗總結(jié) 11
6(儀器儀表清單 13 7(參考文獻 13 8致謝 13
方波—三角波—正弦波函數(shù)信號發(fā)生器 設(shè)計要求
1(設(shè)計、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
在人們認識自然、改造自然的過程中，經(jīng)常需要對各種各樣的電子信號進行測量，因而如何根據(jù)被測量電子信號的不同特征和測量要求，靈活、快速的選用不同特征的信號源成了現(xiàn)代測量技術(shù)值得深入研究的課題。信號源主要給被測電路提供所需要的已知信號(各種波形)，然后用其它儀表測量感興趣的參數(shù)。可見信號源在各種實驗應(yīng)用和實驗測試處理中，它不是測量儀器，而是根據(jù)使用者的要求，作為激勵源，仿真各種測試信號，提供給被測電路，以滿足測量或各種實際需要。 波形發(fā)生器就是信號源的一種，能夠給被測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)實際需要靈活擴展。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，運用單片機技術(shù)，通過巧妙的軟件設(shè)計和簡易的硬件電路，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。與現(xiàn)有各類型波形發(fā)生器比較而言，產(chǎn)生的數(shù)字信號干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，特別是操作簡單方便。 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 值的信號波 圖1 方波、三角波、正弦波、鋸齒波信號發(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通過RC電路反饋到輸入端，即可組成矩形波信號發(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現(xiàn)正弦波的輸出。然后將各種信號通過比例放大電路得到需要幅值;峰峰值的信號波 該電路具有結(jié)構(gòu)、思路簡單，運行時性能穩(wěn)定且能較好的符合設(shè)計要求，對原器件要求不高，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 GND 圖2 方波信號發(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、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時刻輸出電壓+Uz,,此時滯回電壓比較器的門限電壓為UTH2。輸出信號通過R對電容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，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波形的關(guān)系可知，當(dāng),,積分電路的輸入信號為方波時，輸出信號就是三角波，由此可得，利用方波信號發(fā)生器和,,積分電路就可以組成三角波信號發(fā)生器。如圖, 該電路的工作原理是:方波信號發(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。積分電路的輸出端除了輸出三角波信號外，還通過電阻,,.,p1將三角波信號反饋到滯回電壓比較器的輸入端，將三角波信號整形變成方波信號輸出。該電路工作波形圖如圖, 圖, 三角波 ,.振蕩頻率 因為，該電路振蕩信號的頻率與三角波輸出信號的幅度有關(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的輸出幅度。三角波輸出信號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 因三角波信號的周期為2t,所以三角波輸出信號的頻率為 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，三角波就轉(zhuǎn)化成鋸齒波。根據(jù)這個特征，只要將圖4的電路中的積分電路改成時間常數(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間常數(shù)，當(dāng)輸入為+Uz時，D3導(dǎo)通，D4斷開，積分電路的時間常數(shù)為R(8到12)C,;當(dāng)輸入為,Uz時，D3斷，D4通，積分電路的時間常數(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)可實現(xiàn)各種波形切換，滑動變阻器Rp2可實現(xiàn)不同頻率調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)Rp1可實現(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，方波輸出端接一個虛擬的示波器，接通電源后，將S1開關(guān)打到方波信號線檔，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實驗總結(jié) 為期幾天的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，在這幾天的學(xué)習(xí)、設(shè)計、及電路搭建過程中我感觸頗深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計，我掌握了常用元件的識別和測試;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。 通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計，我還深刻認識到了“理論聯(lián)系實際”的這句話的重要性與真實性。而且通過對此課程的設(shè)計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也鞏固了以前知道的知識。最重要的是在實踐中理解了書本上的知識，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課程設(shè)計的原因。他是為了教會我們?nèi)绾芜\用所學(xué)的知識去解決實際的問題，提高我們的動手能力。在整個設(shè)計到電路的焊接以及調(diào)試過程中，我個人感覺調(diào)試部分是最難的，因為你理論計算的值在實際當(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)值以期達到最好。而參數(shù)的調(diào)試是一個經(jīng)驗的積累過程，沒有經(jīng)驗是不可能在短時間內(nèi)將其完成的，而這個可能也是老師要求我們加以提高的一個重要方面吧～ 其次，這次課程設(shè)計提高了我的團隊合作水平，使我們配合更加默契，體會了在接好電路后測試出波形的那種喜悅，體會到成功來自于汗水，體會到成果的來之不易。 在實驗過程中，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。實驗中暴露出我們在理論學(xué)習(xí)中所存在的問題，有些理論知識還處于懵懂狀態(tài)，老師們不厭其煩地為我們調(diào)整波形，講解知識點，實在令我感動。 還有值得我們自豪的就是我們的線路連得橫豎分明，簡直就是藝術(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:“實踐是檢驗真理的唯一標準”。 類型 規(guī)格 數(shù)量 備注 3 電阻 0.51K, 1 1K, 1 2K, 3 10K, 2 100K, 1 滑動變阻器 1K, 1 20 K, 1 500 K, LM324N 1 芯片 4.7uF 1 電容 2.2uF 3 1uF 1 1 開關(guān) 單刀四擲開關(guān) 12 普通二極管 2 穩(wěn)壓二極管 2 6(儀器儀表清單 表一 儀器清單表 7(參考文獻 [1] [1]陳利永.電子技術(shù)基礎(chǔ) [M]北京.北京郵電大學(xué)出版社 8.致謝 首先衷心感謝我們的指導(dǎo)老師，本次課程設(shè)計是在老師的指導(dǎo)下完成的。值此論文完成之際，謹向老師致以深深的敬意和衷心的感謝。同樣感謝我的同學(xué)們和其他的老師們，感謝你們的無私幫助，成功不是屬于一個人的，而是屬于大家的。
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