波形发生电路的设计.doc

《波形发生电路的设计》 课程设计报告 班 级 任务分工： 课程设计任务书下来后我们四个首先开始进行了理论上的讨论，然后根据任务要求确定了方案，上网查找搜寻了资料。最后根据方案来进行设计电路原理图，原理图经分析无误后，再经仿真软件进行仿真一直能满足任务要求为止，针对专业技术不足，我们多方讨论，多搜索资料，查阅书籍，一起书写课程任务书以及焊接电路板。 设计时间： 2013年7月8日 —— 2013年 7月12日 指导教师： 冯勇鑫 目录 课题一 波形发生器 2 1 题目 2 2 主要技术指标 2 3 方案论证及选择 2 4 系统组成框图 3 5 单元电路设计及说明 5 （1）正弦波 6 （2）方波 8 （3）三角波 ………………………………………………………………10 6 电路仿真 6 7 总体电路图 7 8 元件清单 13 9 调试过程及测试结果 13 （1）调试步骤 13 （2）调试结果 14 10 参考文献 14 11 个人总结 14  课题：波形发生电路的设计 课程设计的目的与要求（含设计指标） 任务：波形发生电路 要求：用集成运放设计正弦波—方波—三角波发生电路。其中正弦波振荡频率为160Hz，幅度为10V；方波频率与正弦波相同，输出电压幅度为6V；三角波频率与正弦波相同，幅度为4V。 二、方案论证及选择 方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。由于方波包含了极丰富的谐波，因此，这种电路又成为多谐振荡电路。这是在迟滞比较器的基础上连了一个积分电路，把输出电压经R，f, C反馈到集成运放的反向端。在运放的输出端引入限流电阻Ｒ和两个背靠背的稳压管就组成了一个双向方波发生的电路。 三角波产生电路主要是积分电路的正向和反向充放电时间常数相等。即与锯齿波产生的差别。积分电路利用虚地的概念，电容Ｃ存在的漏电流也是产生误差的原因之一，选用泄漏电阻大的电容器可减少这种误差。 从结构上看，正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。振幅平衡和相位平衡是正弦波振荡电路产生持续振荡的两个条件。集成运放我们设计了UA741和LM324两种运放，但考虑到经济又实惠方面问题，我们采用了LM324两种运放作为本次电路核心芯片，因为LM324两种运放内部有四个相互独立的集成运放，而UA743内部只有一个集成运放，顾名思义我们采用了LM324两种运放。 原理设计（或基本原理） 、系统组成框图 系统由三个相对独立的分模块组成。首先由选频网络选出电路的噪音中频率,符合选频网络的频率特性的一支通过放大然后输出正弦波。正弦波输出后，以该信号做为信号源作为下一级的输入，从而输出方波。同理，方波输入下一级积分电路中经过积分电路积分产生三角波。 单元电路设计及说明： 　正弦波信号产生单元： 下图电路为桥式振荡电路。该电路由三部分组成，即放大电路、选频网络和反馈网络。其选频网络的频率特性如下： 反馈网络的反馈系数为： 由此可得RC串并联选频网络的幅频响应即相频响应为： 由上两式知当 时，幅频响应的幅值为最大，即 相应的相频响应的相位角为零，即 此时输出电压的幅值最大，并且输出电压为输入电压的３倍。同时输出电压与输入电压同相。该电路的工作原理为： 正弦波波形图如下图所示： 在时，经RC选频网络传输到运放同相端的电压Vf与VO同相，即有。这样，放大电路和由Z1和Z2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，可以满足相位平衡条件，因此可能产生振荡。即当R5选取适当时使得运放反相放大端电压为输出电压的三分之一。当电路接通时由于噪音存在，在众多声频支中存在这么一支。经过运放放大后，反馈网络反馈回信号恰好等于输入电压使电路达到自激和稳定。 方波信号产生单元： 方波波形图如下图所示： 第一级反馈放大电路输入端为反相放大输入端。当输入信号电压大于同相输入端的电压时，第一个运放输出低电平，反之则输出高电平。此输出电压输入下一运放进行电压比较从而输出方波。 三角波信号产生单元： 三角波产生电路为一积分电路。如图： 　 三角波波形图如下图所示： 注：运放输出端和输入端VN=VP,当电路接上电源并有输入信号存在时VI对电容充电则运放的输出端 ＶO就按照电流和时间的积分变化。 上图各量表达式如下： 当输入信号ＶI为正时，输出与输入成负相关；当其为负时，输出与输入为正相关。从而输出三角波。 总体波形图如下图所示： 总体电路图： 第一个单元产生的正弦波频率为： 其幅值约为２v。若要调节其频率须同时调节选频