三角波正弦波转换电路..

1目录1.设计要求..................................................................................................22.设计方案与论证.....................................................................................23.设计原理..................................................................................................43.1硬件分析........................................................................................43.1.1总体电路图...........................................................................43.1.2三角波产生电路...................................................................43.1.3门限电压的估算..................................................................53.1.4矩形波产生电路...................................................................63.1.5工作原理...............................................................................63.1.6三角波整流电路...................................................................73.1.7调幅电路...............................................................................83.1.8偏置电路.............................................................................103.2multisim软件简介.......................................................................114.元器件清单............................................................................................125.元器件识别与检测...............................................................................136.硬件制作与调试...................................................................................137.设计心得................................................................................................148.参考文献................................................................................................1421.设计要求在研制、生产、使用、测试和维修各种电子元器件、部件以及整机设备时，都需要有信号源，由它产生不同频率、不同波形的电压、电流信号并加到被测器件、设备上，用其他测量仪器观察、测量被测者的输出响应，以分析和确定它们的性能参数。而波形发生器是它们中一种更为常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。本次课程设计应用所学电路设计构成可产生三角波形，并在此基础上应用二极管整流网络对所产生的三角波整流为正弦波，再对正弦波进行进一步的处理。使用模拟或者数字的方法设计一个频率可调的三角波发生器，并利用二极管网络将三角波整成正弦波。对正弦波作进一步处理：1)使正弦波峰峰值可变2)使正弦波可叠加直流偏置3)频率调节范围50Hz～100KHz分析原理，设计电路，正确选择参数，在实现电路仿真的基础上搭建和调试硬件电路。2.设计方案与论证本次课程设计应用多谐振荡电路产生方波，再应用积分电路对所产生的方波进行一次积分产生三角波，用二极管整形网络对三角波进行整流使之产生不失真的正弦波。对正弦波进一步处理：用反相放大器对产生的波形进行放大，后跟反相加法器对正弦波进行直流偏置。用multisim软件对电路仿真。总体框图如下：3开始产生方波三角波正弦波调幅波偏置波形一次积分二极管整流网络调幅电路偏置输出结束图1总体方案流程图43.设计原理3.1硬件分析3.1.1总体电路图图2完整电路图3.1.2三角波产生电路利用集成运放构成的比较器和电容的充放电，可以实现集成运放的周期性翻转，进而在输出端产生一个方波。给电容的充电是恒压充电，随着电容电压的升高，其充电电流越来越小，电容电压上升也越来越缓慢。理论分析可知，电容上5电压的变化，是一个负指数曲线。因此，这个电路只能实现方波发生。但是，我们注意到，这个负指数曲线在工作过程中是不停地正向充电、反向放电，已经和三角波有些类似。如果能够使得电容上充电电流固定，则其电压的上升或者下降将是线性的，就可以在电容端获得一个三角波。由图3见，电路包括同相输入迟滞比较器和充放电时间常数相等的积分器两部分，共同组成三角波电压产生器电路图3三角波产生电路3.1.3门限电压的估算由图3有11212IopIvvvvRRR（2.1.1）考虑到电路翻转时，有110Npvv即得112ITORvVvR(2.1.2)由于1OZvV，由式(2.1.2)，可分别求出上、下门限电压和门限宽度为612ZTRVVR（2.1.3）12ZTRVVR（2.1.4）和122TZTTRVVVVR（2.1.5）3.1.4矩形波产生电路图4矩形波电路3.1.5工作原理设t=0时接通电源，有1OZvV，则ZV经20R向C充电，使输出电压按线性规律增长。当Ov上升到门限电压TV使110Npvv时，比较器输出1Ov由ZV上跳到ZV，同时门限电压下跳到TV值。当Ov下降到门限电压TV使110Npvv时，比较器输出1Ov又由ZV下跳到ZV。如此周而复始，产生振荡。由于电容C的正向与向充电时间常数相等，输出波形为三角波。其振荡周期为：12024RRCTR（2.1.6）产生三角波如图5：7图5产生三角波图3.1.6三角波整流电路三角波转换成正弦波的原理图如图4所示。正弦波可看成是是由许多斜率不同的直线段组成的，只要直线段足够多，由折线构成的波形就可以相当好的近似正弦波形，斜率不同的直线段可由三角波经电阻分压得到（各段相应的分压系数不同）。因此只要将三角波Ui通过一个分压网络，根据Ui的大小改变分压网络的分压系数，便可得到近似的正弦波输出，二极管整形网络可实现着这种功能。通过正负电源E对主干电阻的电位进行分配。只要电路参数选择合理、对称，就可得到非线性不失真的正弦波。（其中主干电路的电阻都为100Ω，分支电阻阻值为1.0kΩ。主干电路电阻远小于支路电阻）二极管整流网络图6：图6二极管整流网络电路整流后波形图7：8图73.1.7调幅电路调幅电路由电压跟随器和反相放大器两部分组成。其中电压跟随器作为阻抗变换器，反相放大器含有T形网络，以用低电阻网络得到高增益的放大电路。利用虚地Vn=0和虚断in=ip=0的概念，列出节点n和M的电流方程为：12ii，即41200ivvRR（2.3.1）及243iii，即404424300vvvvRRR（2.3.2）解上述方程组得:042433111()vvRRRR（2.3.3）0212433111()ivvRRRRRR（2.3.4）因此闭环增益为：90232341(/)vivRRRRRAvR（2.3.5）由上述分析设计出如下放大器（图8）：图8调幅电路此放大器的增益变化范围：vA=15.83~20.62调幅后的波形图9：10图9不同增益下的波形3.1.8偏置电路对放大后的正弦波进行直流偏置，实质是在其与一直流信号进行叠加，故可用反相加法器实现。用电阻对直流源进行分压，通过对变阻器的调节可以改变其输出电压，其直流偏置可实现5V~-5V的变化。偏置电路图10：图10直流偏置电路偏置后的波形图11：11图11不同直流偏置下的波形整个电路实现了产生200赫兹的三角波，再由二极管整流网络实现三角波到正弦波的转换。同时应用反相放大器对所产生的正弦波进行放大（放大增益：vA=15.83~20.62），用直流偏置电路实现对正弦波的直流偏置（直流偏置5V~-5V）3.2multisim软件简介Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和12虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。4.元器件清单表1电路元件清单元件序号型号主要参数数量备注1.电阻（千欧姆）0.111193.916.81102202301392390313510012.电容（nf）10013.二极管1N320894.稳压二极管1N5229B25.集成运放LM324N1TL072CP15.元器件识别与检测通过本次课设我学习了（1）如何从电阻的色环识别电阻的大小，色环电阻的色彩标识有两种方式，一种是采用四色环的标注方式，另一种是如何看出五环电阻的第一道环，每种颜色代表不同的数字，如下:棕1红2橙3黄4绿5蓝6紫7灰8白9黑0，金银表示误差。一二环的颜色对应带进去，第三环是10的次方（橙色就是10的三次方等于1000）。色环电阻是应用于各种电子设备的最多的电阻类型，无论是怎样安装，维修者都能方便的读出其阻值，便于检测和更换。但在实践中发现，有些色环电阻的排列顺序不甚分明，往往容易读错，在识别时，可运用如下技巧加以判断：技巧1：先找标志误差的色环，从而排定色环顺序。最常用的表示电阻误差的颜色是：金，银，棕，尤其是金环和银环，一般绝少用作电阻色环的第一环，所以在电阻上只要有金环和银环，就可以基本认定这是色环电阻的最末一环。技巧2;棕色环是否是误差标志的判别。棕色环既常用作误差环，又常用作有效数字环，且常常在第一环和最末一环中同时出现，使人很难识别谁是第一环。在实践中，可以按照色环之间的间隔加以判别：比如对于一个五道色环的电阻而言，第五环和第四环比第一环和第二环之间要宽一些，据此可判定色环的排列顺序。除此之外，还可用万用表测出电阻大小，比如将万用表打到电阻挡，红黑两表笔各放到电阻两端可以测出电阻大小。另外其他元器件可通过老师和上网等其他途径识别。（2）二极管识别问题。本次设计中会用到普通二极管和稳压二极管，二者都有单向导电性，