模電課程設(shè)計(jì)---波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　題 目：波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)人員： </b></p><p><b>　　學(xué) 號： </b></p><p><b>　　班 級： </b></p>

2、<p><b>　　聯(lián)系方式： </b></p><p>　　指導(dǎo)教師： 日 期：2012.1.2</p><p><b>　　目     錄</b></p><p><b>　　一．課題名稱</b></p>&l

3、t;p><b>　　二．設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p><b>　　2.1、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p><b>　　2.2、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　三．方案的選擇與論證</p><p><b>　　3.1提出方案</b>&

4、lt;/p><p>　　3.2方案的比較與確定</p><p><b>　　四．方案原理圖</b></p><p><b>　　4.1 設(shè)計(jì)思路</b></p><p><b>　　4.2實(shí)驗(yàn)原理圖</b></p><p>　　4.3 LM358管腳圖<

5、;/p><p>　　五．調(diào)試過程及結(jié)果分析</p><p><b>　　5.1方波部分</b></p><p><b>　　5.2三角波部分</b></p><p><b>　　5.3正弦波部分</b></p><p>　　六．設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試中的體會<

6、;/p><p>　　七. 對本次課程設(shè)計(jì)的意見及建議</p><p><b>　　八. 參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　課題名稱：</b></p><p><b>　　波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)

7、與要求</b></p><p><b>　　2.1、設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)制作一臺能產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的波形發(fā)生器。</p><p><b>　　2.2、設(shè)計(jì)要求：</b></p><p><b>　?、呕疽螅?lt;/b></p&g

8、t;<p>　　①     輸出波形頻率范圍為0.02Hz~20kHz且連續(xù)可調(diào)；</p><p>　?、?#160;    正弦波幅值為±10V，失真度小于2%；</p><p>　　③     方波幅值為10V；</p><p>

9、　?、?#160;    三角波峰-峰值為20V；</p><p>　?、?#160;    各種波形幅值均連續(xù)可調(diào)；</p><p>　?、?#160;    設(shè)計(jì)電路所需的直流電源。</p><p><b>　?、埔话阋螅?lt;/b></p>

10、<p>　　1．綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程中所學(xué)的理論知識完成課程設(shè)計(jì)。</p><p>　　2．通過查閱手冊和文獻(xiàn)資料，提高獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力。</p><p>　　3．熟悉常用電子器件的類型和特征，并掌握合理選用的原則。</p><p>　　4．學(xué)會電子電路的分析、調(diào)試及安裝技能。</p><p>　　5．進(jìn)一步熟悉電子

11、儀器的正確使用。</p><p>　　三．方案的選擇與論證</p><p><b>　　3.1提出方案</b></p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　先由文氏橋振蕩產(chǎn)生一個(gè)正弦波信號（下圖）</p><p>　?、诎盐氖蠘虍a(chǎn)生的正弦波通過一個(gè)過零比

12、較器，從而把正弦波轉(zhuǎn)換成方波。</p><p>　　③把方波信號通過一個(gè)積分器。轉(zhuǎn)換成三角波。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　由比較器和積分器構(gòu)成方波、三角波產(chǎn)生電路。</p><p>　　然后通過低通濾波把三角波轉(zhuǎn)換成正弦波信號。（下圖）</p><p>&l

13、t;b>　　方案三：</b></p><p>　　由比較器和積分器構(gòu)成方波三角波產(chǎn)生電路。（電路圖與方案二相同）</p><p>　　用折線法把三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。(下圖)</p><p><b>　　方案四：</b></p><p>　　采用直接頻率合成器，從信號的幅度相位關(guān)系出發(fā)進(jìn)行頻率合成。<

14、;/p><p>　　3.2方案的比較與確定</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　文氏橋的振蕩原理：正反饋RC網(wǎng)絡(luò)與反饋支路構(gòu)成橋式反饋電路。當(dāng)R1=R2、C1=C2。即f=f0時(shí)，F(xiàn)=1/3、Au=3。然而，起振條件為Au略大于3。實(shí)際操作時(shí)，如果要滿足振蕩條件R4/R3=2時(shí)，起振很慢。如果R4/R3大于2時(shí)，正弦波

15、信號頂部失真。調(diào)試?yán)щy。RC串、并聯(lián)選頻電路的幅頻特性不對稱，且選擇性較差。因此放棄方案一。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　把滯回比較器和積分比較器首尾相接形成正反饋閉環(huán)系統(tǒng)，就構(gòu)成三角波發(fā)生器和方波發(fā)生器。比較器輸出的方波經(jīng)積分可得到三角波、三角波又觸發(fā)比較器自動翻轉(zhuǎn)形成方波，這樣即可構(gòu)成三角波和方波發(fā)生器。</p>

16、<p>　　通過低通濾波把三角波轉(zhuǎn)換成正弦波是在三角波電壓為固定頻率或頻率變化范圍很小的情況下使用。本次設(shè)計(jì)可以考慮使用。</p><p><b>　　方案三：</b></p><p>　　方波三角波發(fā)生器原理如同方案二。</p><p>　　比較三角波和正弦波的波形可以發(fā)現(xiàn)，在正弦波從零逐漸增大到峰值的過程中，與三角波的差別越來越

17、大;即零附近的差別最小,峰值附近差別最大。因此，根據(jù)正弦波與三角波的差別，將三角波分成若干段，按不同的比例衰減，就可以得到近似與正弦波的折線化波形。雖然折線法不受頻率范圍的限制，便于集成化。但反饋網(wǎng)絡(luò)中電阻的匹配比較困難，因此放棄方案三。</p><p><b>　　方案四：</b></p><p>　　方案四能實(shí)現(xiàn)快速頻率變換，具有低相位噪聲以及所有方法中最高的工作

18、頻率。但由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，導(dǎo)致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、成本高，而且容易產(chǎn)生過多的雜散分量，難以達(dá)到較高的頻譜純度。放棄方案四。</p><p>　　綜合以上四種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇方案二來完成本次課程設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　四．方案原理圖</b></p><p><b>　　4.1設(shè)計(jì)

19、思路</b></p><p>　　先用一塊LM358運(yùn)放做出方波經(jīng)過積分電路獲得三角波，再由三角波經(jīng)過低通濾波轉(zhuǎn)為正弦波。</p><p><b>　　4.2實(shí)驗(yàn)原理圖</b></p><p>　　Multisim　電　路　圖</p><p>　　4.3 LM358管腳圖</p><p&g

20、t;　　五．調(diào)試過程及結(jié)果分析</p><p><b>　　電路的分析與計(jì)算：</b></p><p>　　沒有接通時(shí)，，滯回比較器V0=+UZ，則集成運(yùn)放同相輸入端，同時(shí)給C充電，使VR由0上升，在Vi之前，不變；當(dāng)時(shí)，V0跳變到-VZ。</p><p>　　當(dāng)V0=-VZ時(shí),,同時(shí)C經(jīng)反向輸入端等效電阻）使VR降低，在VR＞Vi之前V0=-

21、VZ不變，當(dāng)VR＜Vi時(shí)，Vi跳變到+VZ。</p><p><b>　　5.1 方波部分</b></p><p>　　方波的波幅由穩(wěn)壓管的參數(shù)決定，這里使用１０Ｖ，方波的周期取決于充放電回路RC的數(shù)值。若R或C其中一個(gè)增大，和周期T均會增大，頻率f也會增大。</p><p><b>　　計(jì)算周期T：</b></p&

22、gt;<p>　　通過對方波發(fā)生電路的分析，可以想象，與改變輸出電壓的占空比，就必須使電容正向和反向充電的時(shí)間常數(shù)不同。利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢砸龑?dǎo)電流流經(jīng)不同的通路，則占空比可調(diào)。</p><p><b>　　則可求出周期T：</b></p><p>　　帶入值得T=48.4 f=1/T=20KHz</p><p>&l

23、t;b>　　仿真結(jié)果：</b></p><p><b>　　5.2 三角波部分</b></p><p>　　在方波發(fā)生電路中，當(dāng)閾值電壓數(shù)值較小時(shí)，可將電容兩端的電壓看成為近似三角波。所以只要將方波電壓作為積分運(yùn)算電路的輸入，在其輸出就得到三角波電壓。如仿真結(jié)果所示，當(dāng)方波發(fā)生電路的輸出電壓u01=-Uz時(shí)，積分運(yùn)算電路的輸出電壓u0將線性下降；而當(dāng)

24、u01=Uz時(shí)，將線性上升。</p><p>　　積分電路的輸入電壓u01，而且u01不是+Uz，就是-Uz，所以輸出電壓的表達(dá)式為</p><p>　　式中u0(t0)為初態(tài)時(shí)的輸出電壓。設(shè)初態(tài)時(shí)u01正好從-Uz躍變?yōu)?Uz,則式子變?yōu)?lt;/p><p>　　積分電路反向積分，u0隨時(shí)間的增長線性下降，一旦u0=-UT，再稍減小，u01將從+Uz躍變?yōu)?Uz。式子

25、變?yōu)?lt;/p><p>　　U0(t1)為u01產(chǎn)生躍變時(shí)的輸出電壓。積分電路正向積分，u0隨時(shí)間的增長線性增大，一旦u0=+UT，再稍加增大，u01將從-UZ躍變?yōu)?UZ，回到初態(tài)，積分電路又開始反向積分。電路重復(fù)上述過程，因此產(chǎn)生自己震蕩。</p><p>　　由以上分析可知，u0是三角波，幅值為±UT；u01是方波，幅值為 ±UZ，由于積分電路引入了深度電壓負(fù)反饋，

26、所以在負(fù)載電阻相當(dāng)大的變化范圍里，三角波電壓幾乎不變。</p><p>　　設(shè)正向積分起始值為-UT，終了值為+UT，積分時(shí)間為二分之一周期，則有</p><p><b>　　+UT=</b></p><p><b>　　得出震蕩周期</b></p><p><b>　　震蕩頻率</

27、b></p><p>　　調(diào)節(jié)電路中的R5，可以改變震蕩頻率和三角波的幅值。</p><p><b>　　仿真結(jié)果：</b></p><p><b>　　5.3 正弦波部分</b></p><p>　　在三角波電壓為固定頻率或頻變化很小的情況下，可以考慮用低通濾波（或帶通濾波）的方法將三角波變

28、換為正弦波，輸入電壓的頻率等于輸出電壓的頻率。將三角波按傅里葉級數(shù)展開</p><p>　　其中Um是三角波的幅值。</p><p><b>　　仿真結(jié)果：</b></p><p>　　六．設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試中的體會</p><p>　　在老師說要做課程設(shè)計(jì)時(shí)，自己很是擔(dān)憂，因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)不像做實(shí)驗(yàn)?zāi)菢雍唵?，需要自己設(shè)計(jì)電路

29、以及調(diào)試驗(yàn)證方案的可行性。確定課程設(shè)計(jì)題目之后，我們小組就在一起商量討論應(yīng)該怎么做，結(jié)合書本的知識，我們有了總體上的思路，然后我們就進(jìn)行了分工，我主要是負(fù)責(zé)電路的仿真工作。</p><p>　　之前自己并沒有接觸過仿真軟件，所以自己在百度找了很多Multisim的教程，我在大概熟悉了Multisim的使用之后就開始進(jìn)行電路仿真。因?yàn)槭堑谝淮问褂肕ultisim，所以在連接電路圖時(shí)花費(fèi)了大量時(shí)間，而且有時(shí)候會找不到

30、元器件，這時(shí)候便通過找資料或詢問同學(xué)來解決問題。在接好電路圖之后開始仿真，我們做的是波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)，在接入示波器之后，并沒有出現(xiàn)波形信號，一開始以為是示波器接錯(cuò)了，不過檢查之后發(fā)現(xiàn)不是這個(gè)問題。我們小組一起討論問題的根源，也一一嘗試著解決，最后發(fā)現(xiàn)是元器件的線路沒接好，而且Multisim中有些示波器并不能正常使用，解決問題之后正常仿真。通過觀察分析波形信號與設(shè)計(jì)要求是否一致，我們開始對電路進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試過程中，我們發(fā)現(xiàn)正弦波的峰值

31、超過設(shè)計(jì)要求，于是，我們通過改變?yōu)V波電路的電容值來對波形峰值進(jìn)行調(diào)整并最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)雖然不是我們小組自己設(shè)計(jì)電路，而是通過查找資料，借用他人的方案，但是，通過本次課程設(shè)計(jì)，我們學(xué)會了很多東西。自己的分析，解決問題能力有所提高；團(tuán)隊(duì)合作意識加強(qiáng)；對一些資料不再是直接相信它是正確的，而是通過自己動手來檢驗(yàn)其正確性。</p><p>　　七. 對本次課程設(shè)計(jì)

32、的意見及建議</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的時(shí)間過于匆促，而且是在學(xué)期末，這使得我們沒有足夠的時(shí)間及精力來完成課程設(shè)計(jì)，希望以后的課程設(shè)計(jì)可以在學(xué)期中時(shí)提出，這樣我們就可以有更多的時(shí)間來設(shè)計(jì)和完善自己的方案，還可以做出實(shí)物。</p><p><b>　　八. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.