方波发生器电路

课程设计任务书专业自动化班级二班姓名设计起止日期2013.6.24——2012.6.28设计题目：方波发生器电路设计任务（主要技术参数）：设计一个方波发生电路主要技术参数1)频率：100——1000Hz连续可调2)幅度：≥2V指导教师评语：成绩：签字：年月日课程设计说明书NO.1沈阳大学1课程设计目的《模拟电子技术课程设计》是学习理论课程之后的实践教学环节。目的是通过解决比较简单的实际问题巩固和加深在《模拟电子技术》课程中所学的理论知识和实验技能。训练学生综合运用学过的电子技术基础知识，在教师指导下完成查找资料，选择、论证方案，设计电路，安装调试，分析结果，撰写报告等工作。使学生初步掌握模拟电子电路设计的一般方法步骤，通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力，为后续课程的学习、毕业设计和毕业后的工作打下一定的基础。课程设计说明书NO.2沈阳大学2课程设计方案论证2.1整体电路设计由集成运放构成的方波发生器，包括迟滞比较电路和RC积分电路两大部分。电路原理图如图（1）所示。图（1）方波发生电路原理框图因为方波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就是要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间，即RC积分电路。2.1整体电路原理因为方波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就是要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来切丁每种状态维持的时间。矩形波发生电路，它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充放电实现输出状态的自动转换。方波发生电路图如图（2）所示，它由反相输入的滞回比较器和RC积分电路组成。其中RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换，而输出端引入的限流电阻Ｒｏ和两个背靠背的双向稳压管起到了双向限幅的课程设计说明书NO.3沈阳大学作用。图（2）方波发生电路图图（3）滞回比较曲线2.3工作原理设某一时刻输出电压uO=+UZ，则同相输入端电位uc=+UT。uO通过R对电容C正向充电。反相输入端电位uc随时间t增长而逐渐升高，当t趋近于无穷时，uc趋于+UZ；一旦uc=+UT，再稍增大，uO就从+UZ跃变为-UZ，与此同时uc从+UT跃变为-UT。随后，uO又通过R对电容C放电。反相输入端电位uc随时间t增长而逐渐降低，当t趋近于无穷时，uc趋于-UZ；一旦uc=-UT，再稍减小，uO就从-UZ跃变为+UZ，与此同时，uc从-UT跃变为+UT，电容又开始反向充电。而上述过程周而复始，电路产生了输出状态的自动转换，便输出方波。2.4波形分析及主要参数由于电路电筒正向充电和反向充电的时间常数均为RC，而且充电的总幅值也相等，因而在一个周期内Uo=+Uz的时间与Uo=-Uz的时间相等，Uo为对称的方波，所以也称为该电路为方波发生电路。电容上电压Uc（即集成运放反相输入端电位Un）和电路输出电压Uo波形如图（4)所示。课程设计说明书NO.4沈阳大学根据电容上电压波形可知，在1/2周期内，电容充电的起始值俄日-Ut，终了值为+Ut，时间常数为R3C；时间t趋于无穷时，Uc趋于+Uz，利用一阶RC电路的三要素法可列出方程上述电路输出状态发生跳变的临界条件为：U-=U+其中：当输出U0为高电平时：当输出U0为低电平时：刚开始振荡建立时，由于电路中的电扰动，并通过正反馈，使输出很快变为高电平或低电平。振荡周期为：图(4)输出电压Uo波形而方波发生电路中电容正向充电与反向充电的时间常数均为RC，而且充电的总幅值也相等，因而在一个周期内uO=+UZ的时间与uO=-UZ的时间相等，即方波T1=T2。对T1由暂态过程公式：对充电过程，t=∞时：t=0时：即：得：则振荡频率：可知，调整电压比较器的电路参数R1、R2和UZ可以改变方波发生电路的振荡幅值，调整电阻R1、R2、R3和电容C的数值可以改变电路的振荡频率。tCCCCeUUUtu)]0()([)()(OOFUURRRU322HOHOFUURRRU322LOLOFUURRRU32221TTTZoHCUUU）（ZOLCFUFUU）（0tZZZCeUFUUtu][)()21ln(211ln22321RRRCFFTT)21ln(21132RRRCTf课程设计说明书NO.5沈阳大学表（1）直流稳压电源元件表元件标注元件名称数量型号参数说明R1电阻12kΩR2电阻12kΩR3电阻11kΩR滑动变阻器电阻12kΩ调节自激振荡电压频率C1可变电容11uFA理想运放1OP07AH放大D1，D2稳压管2ZDP3.0稳幅2.5仿真分析方案选择在输出端利用示波器观察波形，频率计测量频率。仿真分析电路如图（5）所示。图（5）仿真原理图课程设计说明书NO.6沈阳大学3设计结果与分析3.1仿真波形结果如下图（6）所示图（6）仿真波形由图可知方波的幅度2V，波形无明显失真满足课设的幅值条件。3.2频率调节仿真如图（7）所示课程设计说明书NO.7沈阳大学图（7）频率调节仿真图由公式：)21ln(2213RRCRT则振荡频率:由于频率的范围是100Hz≤f≤1000Hz当f=100Hz时，代入公式的R≈3kΩ,KeyA=100%,对比频率仿真结果知f=122.792Hz,接近100Hz。当f=1000Hz时，代入公式的R≈300Ω,KeyA=5%,对比频率仿真结果知f=815.68Hz,接近1000Hz。由仿真结果知方波形连续可调频率范围基本符合在100Hz至1000Hz之间满足课设的要求。3.误差分析：理论参数与Multisim11仿真分析及应用电路测试结果略有不同，主要是由于电路中二极管的动态电阻以及稳压二极管的正向导通电压引起的误差，所以使频率达不到1000HZ。)21ln(21132RRRCTf课程设计说明书NO.8沈阳大沈阳大学4设计体会这是上大学以来的第一个基础强化训练，开始接触时自己感觉很陌生，但还好了解之后才知道和课程设计差不多，而且我做的题目也不是很难，设计的电路图也是最简单易行的，所以在仿真过程中也没遇到太大的困难。通过这次对波形发生器的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于波形发生器的原理与设计理念，最后的成品却不一定与预期的完全一样，因为在实际接线中有着各种各样的条件制约，而且由于元器件本身的特性而产生各种各样的误差。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。在这次实习过程中，让我深入了解运算放大器，比较器，RC振荡回路，积分比较起等电子电路的原理和使用方法以及将其应用于实际电路中。本次课程设计，我深刻认识到自己理论知识的不足，各部分的原理图设计经过和同学们的讨论以及请教老师后才得出。对于sumlitim软件的应用较为生疏，需要以后多多加强练习。总之，要多思考，多比较，多尝试把所学的书本知识应用于实际，培养自己的动手能力。所以说，坐而言不如立而行，对于实际电路应该自己动手实践操作才有深刻体会和理解。课程设计说明书NO.95参考文献[1]刘泉．通信电子线路[M]．武汉：武汉理工大学出版社，2005[2]谢自美．电子线路设计·实验·测试[M]．武汉：华中科技大学出版社，2006[3]俞加琦．高频电子线路[M]．西安：西安电子科技大学出版社，1997[4]杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2001[5]康华光．模拟电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2006