模电课程设计报告-正弦波-方波-三角波发生器

宁波大红鹰学院《模拟电子技术》课程设计报告课题名称：信号发生器分院：机械与电气工程学院教研室：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导教师：严金龙李燕二○一三年十二月课题名称一、设计任务1.1设计要求1．利用集成运算放大器LM358设计一个简易信号发生器，要求能产生正弦波、方波和三角波三种波形。2．采用双电源供电形式：电源12CCVV、12EEVV；输出信号满足：（1）正弦波：Vpp=2V；方波：Vpp=13.5V；三角波：Vpp=8V；（2）频率：110HZ；（3）波形无明显失真。1.2系统框图方波发生电路积分电路产生三角波RC自激震荡产生正弦波二、硬件设计2.1正弦波发生电路图1正弦波RC串并联选频网络如下图（a）所示，它在正弦波振荡电路中既为选频网络，又为正反馈网络，所以其输入电压为，输出电压为。当信号频率足够低时，，因而网络的简化电路及其电压和电流的向量如图(b)所示。超前，当频率趋于零时，相位超前趋近于+900，且趋近于零。当信号频率足够高时，，因而网络的简化电路及其电压和电流的向量如图（c）所示。滞后，当频率趋近于无穷大时，相位滞后趋近于-900，且趋近于零。当信号频率从零逐渐变化到无穷大时，的相位将从+900逐渐变化到-900。因此，对于RC串并联选频网络，必定存在一个频率f0，当f=f0时，=同相。通过计算可求出RC串并联选频网络的频率特性，如下图所示，其谐振频率。为使f0=110hz，即使RC=1/220*3.14，确定了C的值就得到一个电阻的值。R=1.447（1.45）KΩ，C=1uf。RC桥式正弦波振荡电路：因为正弦波振荡器的起振条件是，从幅频特性曲线可得，当f=f0时，F=1/3，所以当A3时，即RC串并联选频网络匹配一个电压放大倍数略大于3的正反馈放大器时，就可构成正弦波振荡器。从理论上讲，任何满足放大倍数要求的放大电路与RC串并联选频网络都可组成正弦波振荡电路；但是，实际上，所选用的放大电路应具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻，以减小放大电路对选频特性的影响，使振荡频率几乎仅仅决定于选频网络。因此，通常选用引入电压串联负反馈的放大电路，如同相比例运算电路。由RC串并联选频网络和同相比例运算电路所构成的RC桥式正弦波振荡电路如图所示。正反馈网络的反馈电压是同相比例运算电路的输入电压，因而要把同相比例运算电路作为整体看成电压放大电路，它的比例系数是电压放大倍数，根据起振条件和幅值平衡条件Rf的取值应略大于2R1。为了稳定输出电压的幅值，应在电路中加入非线性环节。例如，可选用R1为正温度系数的热敏电阻。当Uo因某种原因而增大时，流过Rf和R1的电流增大，导致温度升高，因而R1的阻值增大，从而使得Au数值减小，Uo也就随之减小；为使电路中的电阻能达到要求，所以选择了50KΩ的电位器。2.2方波发生电路图2方波正弦波经过电压比较器后产生方波，通过课程设计要求达到Vpp=13.5v，所以选择了6.2v的稳压管。正弦波输入方波输出2.3三角波发生电路图3三角波方波通过积分电路，产生三角波。积分电路是一种运用较为广泛的模拟信号运算电路，它是组成各种模拟电子电路的重要基本单元，它不仅可以实现对微分方程的模拟，同时在控制和测量方波-三角波发生电路波形图系统中，积分电路也有着广泛运用，利用其充放电过程可以实现延时，定时以及各种波形的产生.积分电路还可用于延时和定时。在三角波发生电路图中，将方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到三角波电压。通过同向输入端输入作为一个滞回比较器，输出产生方波，滞回比较器的幅值大小为稳压二极管稳压电压，方波经过一个积分电路产生三角波。2.4原理图图4原理图三、测试3.1焊接和测试当焊接完成第一步，我进行了正弦波的调试，在焊接过程中，由于没有1.45KΩ的电阻，所以我只好选择了1.5KΩ的电阻，当测试时，频率只能达到105hz,实验数据能够满足理论计算。下图为焊接过程。图3-1焊接过程图3-2正弦波和方波电路连接当第一步完成后，接着就继续了第二步，接通方波电路，在实训过程中，由于选择稳压管的时候选择错误，导致方波的Vpp达不到要求，在后来理论分析中找到了原因，改变了稳压二极管，最终的Vpp就能到达13.5v了。当方波再次成功了的时候，就以为着我的课程设计就将完成，最终我将积分电路接入方波发生端。经过自己在仿真软件的调试，最终完成的此次课程设计。下图为实际完成后的电路，和测试图。图3-3正弦波和方波图3-4方波和三角波3.2实际测量值和要求f(Hz)Uopp1(V)Uopp2(V)Uopp3(V)测量值1051513.68设计值110.=213.58误差（%）-4.55%00.74%0表3-1测试表误差分析，由于选择的电阻略大于仿真电路的电阻，导致最终的实测值没能满足设计值，但是所得的数据都在误差范围内。四、总结4.1前期的仿真和调试在前期multisim仿真时，遇到了很多问题，首先是对集成短路不熟悉，一些脚的用法和功能都不清楚，通过在书本上和网上的查找，还有就是与老师的沟通，了解了一些元件的用法，通过不断的改进和完善，最终将正弦的产生出来了，而且也不会出现仿真时电容烧掉的现象。当正弦波仿真出来了，后续的工作就容易很多，经过来说的引导，我通过电压比较电路选择了合适的电压比较器，然后产生了我所需要的正弦波，最后就是一个简单的积分电路了，通过积分电路很容易就得到了三角波，但是在后期的调试过程中，为了能达到三角波的幅值，自己也查询了不少资料，并且在将仿真结果给老师看的时候，老师还告知我们在积分环节的时候最好选择较小的电容，但是最终我还是没能找到合适的电容代替它。4.2焊接中所遇到的问题通过实验原理图进行实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：各个芯片的引脚功能不能混淆，必须了解各个芯片的使用方法，内部结构以及使用时的注意事项，该接电源的一定要接电源，该接地的一定要接地，且不能有悬空。同时在电路板上要预先确定电源的正负端，不然会出现集成电路被烧，很多同学都出现过这样的例子。分清正负端，便于区分及焊接，正确焊接各芯片个管脚连接必须查阅各种资料并记录，以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏，同时确保整个电路的正确性。在焊接完后每块芯片都用万用表检测，看是否有短接等，还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了，这样才有利于在调试过程中检查电路。4.3调试中出现的问题及解决方法调试中，由于刚开始电位器在不确定位置，所以正弦波不能够产生出来，通过调节电位器，使电阻达到了自激震荡条件时，正弦波产生。由于这电位器不知道往何处旋转是增大还是缩小，最后只好通过万用表，找到电位器然后调节电位器，确定旋转方向，最终解决了这个问题。4.4心得体会通过本次课程设计，把我们在课堂上学到的模拟电路知识运用到实际当中。让我们了解更多模电中有趣的事。在此次设计中，当然也遇到了许多问题，当时上课并没有认真听课的弊端就完全暴露出来了，很多电路的工作原理不知所然，得自己一个一个在网上去找，然后翻阅课本，找到相关的知识点，了解各电路的功能和适用范围。在进行一个综合性的硬件设计时，要全面考虑问题，如想用其他信号来控制一个信号，就要考虑到和这个信号直接或间接关系的信号，必须是最重要相关的信号，然后通过他们的关系，来连接它们。这一个星期的课程设计，让我真正理解了书本上有关此次课程设计所涉及到的知识，也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用，理论联系实际。通过此次设计，我对理论知识的学习有了很大的兴趣，现在我可以主动的去学习，我明白自己该学习那个方面，重点是什么。我也掌握的了在理论中遇到问题，应该怎样去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。虽然最后我没调试出我们想要的结果，但是经过这次课程设计让我们更巩固了我们的专业知识和焊接技能。同时还能带给我们不一样的体验，做出了属于自己频率的正弦波，不仅如此，还让自己对书本有了兴趣，通过书本，让我掌握了一些基本知识，通过书本，让我明白书本的重要性。所以非常幸运有这么一次课程设计，让我在迷失的路上回到了正轨。附录仿真和实际所需器材表表1仿真所需器材数量（个）实际中所需器材数量（个）1.45KΩ21.5KΩ21KΩ和10KΩ各21KΩ和10KΩ各2390KΩ和50KΩ电位器1390KΩ和50KΩ电位器1LM3583LM35821N414821N41482稳压二极管6.2v2稳压二极管6.2v21uF电容21uF电解电容210uf电容110uf电容1