方波三角波波形发生器的设计

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1、课程设计的目的计算机电子线路制图课程设计是学习课程之后的综合性实践教学环节。目的是通过解决简单的实际问题巩固和加深在计算机电子线路制图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设计自动化技术基础知识，在教师指导下完成查找资料，选择、论证方案，设计电路，运行仿真，设计印制电路板，分析结果，撰写报告等工作。使学生初步掌握利用电子设计自动化工具设计电子电路的一般方法步骤，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、毕业设计和毕业后工作打下一定的基础。关键词：方波、三角波、积分器、比较器一、设计方案论证1、概述 由集成运放构成的方波和三角波发生器

2、的电路形式很多，但通常由滞回比较器和积分电路构成。按积分电路的不同，又可以分为两种类型：一类是由普通的RC积分电路组成，另一类由恒流充放电的积分电路和滞回比较器组成。 常用的方波和三角波发生电路是由集成运放组成的积分器和滞回比较器组成的，由于采用了由集成运算放大器组成弄鬼的积分器，电容C始终处在恒流充放电状态，使三角波和方波的性能得到很大的改善，不仅能得到线性度较理想的三角波，而且也便于调节振荡频率和幅度。1.1设计任务：设计制造能产生方波、三角波的波形发生器并制作电路板1.2设计要求：1、频率在200Hz- 2kHz且连续可调2、方波幅值为15V3、三角波幅值为20V4、各种波形幅值均连续可

3、调5、组装和调试设计的电路，使电路产生振荡输出。频率稳定度较高。当输出波形稳定且不失真时，测量输出频率的上限和下限。检验该电路是否满足设计指标，若不满足，改变电路参数值，产生方波、三角波的方案有多种，本次实验主要采用由电压比较器和积分器同时产生方波和三角波。其中电压比较器产生方波，对其输出波形进行一次积分产生三角波。该电路的优点是十分明显的：1、线性良好、稳定性好；2、频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；3、三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。二 单元电路设计1电路结构RC振荡电路方波发生三角波产生比较电路积分电路

4、方波-三角波发生电路组成框 图一 方波三角波原理框图2 单元电路设计与参数计算1、方波产生电路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。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、放电实现使输出状态自动地相互转换。 图1 方波发生电路图 图 2三角波发生电路 2、三角波发生电路三角波电路波形可以通过积分电路实现，把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了三角波。1）集成运放的选择 由于方波的前后沿时间和滞回比较器的转换速率有关，当方波频率很高或方波前、后沿要求较高时，应选择高速集成运算

5、放大器来组成滞回比较器。（2）稳压管的选择稳压管的作用是限制和确定方波的幅度。此外，方波幅度和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关。为了得到稳定而且对称的方波输出，通常选用高精度双向稳压管。R3是稳压管的限流电阻，其值根据稳压管的稳压电流来确定。（3）分压电阻R1和R2的阻值的确定R1和R2的作用是提供一个随输出方波电压而变化的基准电压，并由此决定三角波的输出幅度。所以R1和R2的阻值应根据三角波输出幅度的要求来确定。而且当要求三角波的幅度可以调节时，可以选择用电位器来代替R1、R2。（4）积分元件R和C参数的确定R和C的值应根据方波和三角波发生器的振荡频率来确定。当分压的电阻R1和R2的阻值确

6、定后，先选择电容C的值，然后确定R的值。而且为了减小积分漂移，应尽量将电容C的值取大些。但是电容量大的电容漏电也大，所以通常积分电容应不超过1uF3、选定仪器列表结构名称符号标识个数滞回比较器电阻R1、R2、R33个集成运放A1个稳压管D1、D22个积分电路电阻R4、R52个集成运放B1个电容C1个表一：仪器列表4、参数计算 1 方波周期、频率计算：T=2RCln(1+2R1/R2) f=1/T副值：Ut=R1/(R1+R2) *Uz 三角波副值：Ut=Uz*R1/R2周期、频率计算：T=4*R1*R4*C/R2 f=R2/(4*R1*R4*C)2 针对本设计选择的参数是起始时间为0终止时间为

7、10ms步长为20ns最大步长为200ns三 仿真分析原理图 图3 电路原理图 1、仿真元件列表元件名称标号说明参数型号封装形式所属元件库LM324NUAUB集成运算放大器DIP-14/D19.7LTOperational Amplifier.IntLibRes2R1、R2电阻40KAXIAL-0.4Miscellaneous Devices.IntLibR32KR4、R530K1N5233BD1、D2稳压管DIO7.1-3.9X1.9FSC Discrete Diode.IntLibCapC电容0.01ufRAD-0.3Miscellaneous Devices.IntLibVSRCVccV

8、ee电源15V-15V 表二：仿真元件列表四 仿真分析方案1、仿真类型及参数1）对于本题目的设计重点是观测Vo1和Vo2的波形，所以选择的仿真类型是瞬态分析针对瞬态分析主要包括以下特点：它用于求电路的时域响应；在其中可以设置Start time ,End time,Step time,Max step time等。而且最重要的是它的分析结果是以波形图的形式显示，这一点符合本设计要求。由于所有信号产生的频率都与方波和三角波产生模块所设置的频率一致，故所有产生的波信的频率都可以有所保证。此电路设计符合设计要求。从数据纪录中可以看出存在误差频率最小值误差: 200HZ - 192.3HZ = 7.7

9、HZ； 最大值误差： 2.193K 2K = 0.193K方波幅值误差：15V 13.6V = 1.4V三角波幅值误差：20V 20V = 0V （1） 调试输出波形方波V01 三角波VO2 02）数据记录测量项目频率方波幅值三角波幅值minmax指标值200HZ2KHZ15V20V实际测量值192.3HZ2.193KHZ13.6V20V四 仿真分析波形完成实物图，然后使用双踪示波器测量验证，观察输出波形、幅值、频率参数是否符合要求，并记录数据。4.1仿真调试输出波形 4.2 两波形仿真图形比较五 误差分析仿真软件的元器件值不可能绝对的精确造成仿真结果会有一定的非可见误差，另外参数的设置问题以

10、及小数点的取舍都是影响结果的因素，而且人眼观察也是有一定的误差的，因此仿真结果会与理论值有一定差别也是可以允许的。六 印制电路板图九：自动布线图图十：印制电路板3D显示图十一：布线框架图显示七 设计心得 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，要设计一个电路总要先用仿真，仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，在实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为元器件本身的特性而能够成功。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，让我了解要多思考、多比较和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，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。 八、参考文献1 电子技术实验教程-模拟电路实践计算机学院电子技术实验室编2 模拟电子技术基础（第三版） 高等教育出版社出版3 电子实验与实践 高等教育出版社8