三角波方波發(fā)生器課程設(shè)計

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計論文</p><p><b>　　三角波方波發(fā)生</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 緒論 ············

2、3;······（3）</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計··········（5）</p><p>　　2.1設(shè)計要求········

3、83;·········（5）</p><p>　　2.2方案論證與選擇············（5）</p><p>　　第三章 硬件設(shè)計 ···&#

4、183;··············（6）</p><p>　　3.1電路的工作原理············（6）</p><p>

5、　　3.2電路的安裝測試············（9）</p><p>　　3.3電路參數(shù)的計算············（11）</p><p>　　3

6、.4元件清單··················（12）</p><p>　　3.5仿真與調(diào)試············

7、;····（12）</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計 ··················（16）</p><p>　　4.1尋找故障的方法··&#

8、183;········（16）</p><p>　　4.2注意事項·················（16）</p><p>　　第五章 總

9、結(jié)與展望·············（17）</p><p>　　附錄：··················

10、·········</p><p>　　原理圖·······················&#

11、183;··（19）</p><p>　　參考文獻························（19）</p><p><

12、b>　　緒論</b></p><p>　　信號發(fā)生器是指能產(chǎn)生某些特定的周期性時間函數(shù)波形信號（如正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等信號），頻率范圍可從幾個微赫到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動控制系統(tǒng)測試用外，還廣泛用于其他非電測量領(lǐng)域的發(fā)生器。脈沖信號發(fā)生器是指能產(chǎn)生寬度、幅度和重復頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應，或用作模擬信號來測試雷達、多路通信和其他脈沖數(shù)字系

13、統(tǒng)的性能。在生產(chǎn)實踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。函數(shù)信號發(fā)生器在電路實驗和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號或脈沖信號運載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應加熱、熔煉、淬火

14、、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。函數(shù)信號發(fā)生器的實現(xiàn)方法通常有以下幾種：</p><p>　?。?）用分立元件組成的函數(shù)發(fā)生器：通常是單函數(shù)發(fā)生器且頻率不高，其工作不很穩(wěn)定，不易調(diào)試。</p><p>　?。?）可以由晶體管、運放IC等通用器件制作，更多的則是用專門的函數(shù)信號發(fā)生器IC產(chǎn)生。早期的函數(shù)信號發(fā)生器IC，如L8038、BA205、XR220

15、7/2209等，它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有300kHz，無法產(chǎn)生更高頻率的信號，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨立調(diào)節(jié)，二者互相影響。</p><p>　?。?）利用單片集成芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生多種波形，達到較高的頻率，且易于調(diào)試。鑒于此，美國美信公司開發(fā)了新一代函數(shù)信號發(fā)生器ICMAX038，它克服了（2）中芯片的缺點，可以達到更高的技術(shù)指標，是上述芯片望塵莫及的。MAX038頻率高、精度

16、好，因此它被稱為高頻精密函數(shù)信號發(fā)生器IC。在鎖相環(huán)、壓控振蕩器、頻率合成器、脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計上，MAX038都是優(yōu)選的器件。</p><p>　　（4）利用專用直接數(shù)字合成ＤＤＳ芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生任意波形并達到很高的頻率。但成本較高。</p><p>　　產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號儀器。按其信號波形分為四大類：①正弦信號發(fā)生器。主要用于測量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、增益

17、及靈敏度等。按其不同性能和用途還可細分為低頻（20赫至10兆赫）信號發(fā)生器、高頻（100千赫至300兆赫）信號發(fā)生器、微波信號發(fā)生器、掃頻和程控信號發(fā)生器、頻率合成式信號發(fā)生器等。②函數(shù)（波形）信號發(fā)生器。能產(chǎn)生某些特定的周期性時間函數(shù)波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號，頻率范圍可從幾個微赫到幾十兆赫。除供通信、儀表和自動控制系統(tǒng)測試用外，還廣泛用于其他非電測量領(lǐng)域。③脈沖信號發(fā)生器。能產(chǎn)生寬度、幅度和重復頻率可調(diào)的矩形

18、脈沖的發(fā)生器，可用以測試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應，或用作模擬信號來測試雷達、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。④隨機信號發(fā)生器。通常又分為噪聲信號發(fā)生器和偽隨機信號發(fā)生器兩類。噪聲信號發(fā)生器主要用途為：在待測系統(tǒng)中引入一個隨機信號，以模擬實際工作條件中的噪聲而測定系統(tǒng)性能；外加一個已知噪聲信號與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲比較以測定噪聲系數(shù)；用隨機信號代替正弦或脈沖信號，以測定系統(tǒng)動態(tài)特性等。當用噪聲信號進行相關(guān)函數(shù)測量時，若平均測量時間不夠長，會出現(xiàn)統(tǒng)計&

19、lt;/p><p>　　第二章 方波三角波發(fā)生器電路設(shè)計</p><p><b>　　2.1 設(shè)計要求</b></p><p>　　（1）根據(jù)技術(shù)指標要求及實驗室條件自選方案設(shè)計出原理電路圖，分析工作原理，計算元件參數(shù)。</p><p>　?。?）列出所用元，器件清單報實驗室設(shè)備。</p><p>

20、　?。?）安裝調(diào)試所設(shè)計的電路，使之達到設(shè)計要求。</p><p>　?。?）記錄實驗結(jié)果。</p><p>　　2.2方案論證與選擇</p><p>　　方案一∶采用傳統(tǒng)的直接頻率合成器。這種方法能實現(xiàn)快速頻率變換，具有低相位噪聲以及所有方法中最高的工作頻率。但由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，導致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復雜、體積龐大、成本高，而且容易產(chǎn)生過

21、多的雜散分量，難以達到較高的頻譜純度。 方案二：采用電壓比較器和積分器同時產(chǎn)生方波和三角波。其中電壓比較器產(chǎn)生方波，對其輸出波形進行一次積分產(chǎn)生三角波。該電路的特點是：</p><p>　　1、線性良好，穩(wěn)定性好；</p><p>　　2、頻率易調(diào)，在幾個數(shù)量級的頻帶范圍內(nèi)，可以方便的連續(xù)的改變頻率，而且頻率改變時，幅度恒定不變；</p><p>　　3、

22、三角波和方波在半周期內(nèi)是時間的線性函數(shù)，易于變換其他波形。</p><p>　　因此本實驗采用電壓比較器和積分器同時產(chǎn)生方波和三角波的方案</p><p><b>　　第三章 硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1 電路的工作原理</p><p>　　本次波形發(fā)生器設(shè)計要求產(chǎn)生方波和三角波，矩形波發(fā)生電路是其它非正

23、弦發(fā)生電路的基礎(chǔ)，當方波電壓加在積分運算電路的輸入端是，輸出就獲得三角波電壓。而矩形波電壓只有兩種狀態(tài)，不是高電平，就是低電平，所以電壓比較器是它的重要組成部分；因為產(chǎn)生振蕩，就要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；因為輸出狀態(tài)應按一定的時間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時間。矩形發(fā)生器電路，它由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡，通

24、過RC充，放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。 設(shè)某一時刻輸出電壓Uo=+Uz，則同相輸入端電位Up=+ Ut。Uo通過R3對電容C正向充電，如圖中實線所示。反相輸入端電位Un隨時間t增長而逐漸升高，當t趨近于無窮是，Un趨于+ Uz；但是，一旦Un=+ Ut，再稍增大，Uo就從+ Uz躍變?yōu)? Uz，與此同時Up從+ Ut躍變?yōu)? Ut。隨后，Uo又通過R3對電容C反向充電，或者說放電。反相輸入端電位完整電路圖Un隨時間t增長而逐漸降低，當

25、t趨近于無窮時，Un趨于- Uz；但是，一旦Un=- U</p><p>　　遲滯比較器的工作原理</p><p>　　遲滯比較器又可理解為加正反饋的單限比較器。前面介紹的單限比較器，如果輸入信號Uin在門限值附近有微小的干擾，則輸出電壓就會產(chǎn)生相應的抖動（起伏）。在電路中引入正反饋可以克服這一缺點。       圖1a給出了一

26、個遲滯比較器，人們所熟悉的“史密特”電路即是有遲滯的比較器。圖1b為遲滯比較器的傳輸特性。                 </p><p>　　遲滯比較器 圖1a 傳輸特性 圖1b不難看出，當輸出狀態(tài)一旦轉(zhuǎn)換后，只要

27、在跳變電壓值附近的干擾不超過ΔU之值，輸出電壓的值就將是穩(wěn)定的。但隨之而來的是分辨率降低。因為對遲滯比較器來說，它不能分辨差別小于ΔU的兩個輸入電壓值。遲滯比較器加有正反饋可以加快比較器的響應速度，這是它的一個優(yōu)點。除此之外，由于遲滯比較器加的正反饋很強，遠比電路中的寄生耦合強得多，故遲滯比較器還可免除由于電路寄生耦合而產(chǎn)生的自激振蕩。如果需要將一個跳變點固定在某一個參考電壓值上，可在正反饋電路中接入一個非線性元件，如晶體二極管，利用

28、二極管的單向?qū)щ娦?，便可實現(xiàn)上述要求。圖2為其原理圖。</p><p>　　集成2.3.2元件uA741的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　方波 三角波信號發(fā)生器原理圖</p><p>　　3.2路的安裝與測試</p><p>　　接好全部連線后，應對照電路圖仔細復查一遍。檢查晶體管或集成塊的引腳是否插對，是否有漏線和錯線，然后用萬用表的“Ω

29、×10”檔檢查電源與地線之間的電阻值，排除電源與地線之間的開路或短路現(xiàn)象。</p><p>　　1 集成電路的安裝 </p><p>　　為防止集成電路芯片受損，在插入和拔出芯片時要非常細心。插入時應使器件的方向一致，缺口朝左，使所有引腳均對準插座板上的小孔，均勻用力按下；拔出時，必須用專用拔鉗，夾住集成塊兩端，垂直向上拔起，或用小起子對撬，以免使其引腳因受力不勻而彎曲或斷裂。&

30、lt;/p><p>　　2 正確合理布線 </p><p>　　2．1 導線的選擇</p><p>　　一般應選用直徑為Ф0．5～0．8mm的單股導線，長度適中，兩端絕緣皮剝?nèi)?～10mm，并剪成45°角。</p><p>　　2．2 正確合理布線</p><p>　　在電子電路中，由于布線錯誤而引起的故障

31、占有很大比例。為避免或減少故障，要求布線合理和準確。</p><p>　　(1) 元器件和連線要排列整齊，一般按電路順序直線排列，輸入與輸出線要遠離。在高頻電路中，導線不要平行，以防止寄生耦合引起電路自激。元器件插腳和連線要盡量短而直，以防止分布參數(shù)影響電路性能。</p><p>　　(2) 布線時要注意在器件周圍走線，不允許導線在集成塊上方跨過，以免妨礙排除故障或調(diào)換器件。</

32、p><p>　　(3) 為使布線整潔和便于檢查，電路中不同功能的導線應盡量采用不同的顏色，如電源線用紅色，接地線用黑色等等。</p><p>　　(4) 布線的順序是先布電源線和地線，再布固定使用的規(guī)劃線(如固定接地線或接高電平、或接時鐘脈沖的連線等)，最后再逐級連接控制線及各種邏輯線。必要時可以邊接線邊測試，逐級進行。走線應盡可能少遮蓋其它插孔，以免影響其它導線的插入。</p>

33、;<p>　　3 電路調(diào)試和故障的檢查與排除 </p><p>　　3．1 認真仔細復查</p><p>　　接好全部連線后，應對照電路圖仔細復查一遍。</p><p>　　檢查晶體管或集成塊的引腳是否插對，是否有漏線和錯線，然后用萬用表的“Ω×10”檔檢查電源與地線之間的電阻值，排除電源與地線之間的開路或短路現(xiàn)象。</p>

34、<p><b>　　3．2 通電檢查</b></p><p>　　(1)直接觀察：上述檢查無誤后給電路通電，然后用手觸模元器件，檢查有無異常發(fā)熱現(xiàn)象、有無異味等。</p><p>　　(2)測量參數(shù)：用萬用表測量電路的電源Ucc和地兩腳之間的電壓，測量晶體管的工作點是否符合要求等。</p><p>　　(3)采用動態(tài)逐級跟蹤法：在

35、電路輸入端加人一個有規(guī)律的信號，按信號流程用示波器依次檢查各級波形，看是否有故障直至找到為止。對于脈沖數(shù)字電路，還可用發(fā)光二極管來逐級顯示其輸入、輸出脈沖信號。</p><p>　　(4)采用替換法：不改變電路的接線，通過更換一些元器件來發(fā)現(xiàn)故障。</p><p>　　(5)消除電路存在的不良影響：注意消除TTL電路存在電源電流尖峰的影響，防止集成電路產(chǎn)生誤觸發(fā)(可加濾波電容)等。<

36、/p><p>　　(6)電路工作頻率較高時，應采取如下措施：</p><p>　　①減小電源內(nèi)阻，擴大地線面積或采用接地板，使電源線與地線夾在相鄰的輸入線和輸出線之間，起屏蔽作用。</p><p>　　②各輸入、輸出線，交、直流引線不能混雜，并盡量使輸入、輸出線遠離時鐘脈沖線。</p><p><b>　?、劭s短引線長度。</b&

37、gt;</p><p>　　(7)調(diào)試大型綜合電子電路，可按功能將其劃分為幾個獨立的子單元，逐一布線進行調(diào)試，然后將各單元連接起來統(tǒng)調(diào)，這樣成功的把握性更大</p><p>　　3.3電路參數(shù)的計算遲滯比較器的輸出vo與輸入vi不成線性關(guān)系，輸出電壓的轉(zhuǎn)換臨界條件是門限電壓vp（同相輸入端的電壓）≈vn（反相輸入端的電壓）=vi（參考基準電壓）vp=vn=[（r1×vref）

38、/（r1+r2）]+[（r2×vo）/（r1+r2）]     （公式-1）根據(jù)輸出電壓vo的不同值（voh或vol）可以分別求出上門限電壓vt+和下門限電壓vt-分別為：vt+={[1+（r1/r2）]×vref}-[（r1/r2）×vol]       vt-={[1+（r1/r2

39、）]×vref}-[（r1/r2）×voh]        那么門限寬度為：δvt=（r1/r2）×（voh-vol）  </p><p><b>　　方波</b></p><p>　　周期、頻率計算：T=2RCln（1+2R1/R2）

40、 f=1/T </p><p><b>　　幅值： </b></p><p><b>　　3.4元件清單 </b></p><p>　　雙路直流穩(wěn)壓電源 2臺</p><p>　　LED多功能示波器 1臺</p><p>　　數(shù)字萬用

41、表 1只</p><p>　　運算放大器 LM741 2片</p><p>　　雙穩(wěn)壓二級管 2只</p><p>　　電阻 若干只</p><p>　　電容10uF  1只</p><p>

42、　　發(fā)光二極管 2只</p><p>　　導線 若干只</p><p>　　面包板，鑷子，鉗子 </p><p><b>　　3.5仿真與調(diào)試</b></p><p>　　按照原理圖,在EWB中做好電路圖。仔細檢查電路圖是否有錯誤。在

43、確定沒有錯誤的情況下,將EWB中的仿真器材示波器拖出來,將示波器接到輸出方波和三角波的端口Vo1和Vo2。將電路調(diào)到運行狀態(tài)。觀察示波器中輸出的波形。調(diào)整示波器的X和Y增益,比較波形的失真情況</p><p>　　完成實物圖，然后使用雙蹤示波器測量驗證，觀察輸出波形、幅值、頻率參數(shù)是否符合要求，并記錄數(shù)據(jù)</p><p><b>　　仿真調(diào)試輸出波形</b></

44、p><p>　　圖3.4.1方波Vo1輸出波形</p><p>　　圖3.4.2三角波Vo2輸出波形</p><p>　　圖3.4.3輸入為三角波時滯回電壓比較器的輸出波形</p><p>　　圖3.4.4方波——三角波發(fā)生器的輸出波形</p><p>　　經(jīng)過多次調(diào)試后，會出現(xiàn)完整的波形圖</p><

45、p>　　經(jīng)過分析知道,方波的波形開始時有少量失真,隨著電路的逐漸穩(wěn)定,失真基本上完全消除。并且方波輸出的幅值為14。2V,基本上符合設(shè)計要求</p><p>　　三角波的波形只有少量失真,其他符合要求</p><p>　　由于所有信號產(chǎn)生的頻率都與方波和三角波產(chǎn)生模塊所設(shè)置的頻率一致，故所有產(chǎn)生的波信的頻率都可以有所保證。</p><p>　　此電路設(shè)計，符合

46、設(shè)計要求。</p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1尋找故障的方法</p><p>　　在一般情況下，尋找故障的常規(guī)做法是：</p><p>　?、畔扔弥苯佑^察法，排除明顯的故障。例如，有一些元器件沒有插牢，還有一些導線之間有短路的現(xiàn)象。</p><p>　

47、?、圃儆萌f用表（或示波器）檢查靜態(tài)工作點。</p><p>　?、切盘枌ほE法是對各種電路普遍適用而且簡單直觀的方法，在動態(tài)調(diào)試中廣為應用。</p><p>　　應當指出，對于反饋環(huán)內(nèi)的故障診斷是比較困難的，在這個閉環(huán)回路中，只要有一個元器件（或功能塊）出故障，則往往整個回路中處處都存在故障現(xiàn)象。尋找故障的方法是先把反饋回路斷開，使系統(tǒng)成為一個開環(huán)系統(tǒng)，然后再接入一適當?shù)妮斎胄盘?，利用信號?/p>

48、跡法逐一尋找發(fā)生故障的元、器件（或功能塊）。</p><p><b>　　4.2注意事項</b></p><p>　　1．接線前用數(shù)字多用表測量電阻、電容參數(shù)，并作好記錄。</p><p>　　2．觀察振蕩波形時，注意兩個輸出電壓的相位關(guān)系。</p><p>　　3. 運算放大器的電源線、地線切勿接錯，否則容易損壞集成片

49、。</p><p>　　4．運算放大器LM324/ LM348的封裝圖與技術(shù)參數(shù)請預習有關(guān)附錄</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望</p><p>　　本學期我們開設(shè)了《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》課，這門學科屬于電子電路范疇，與我們的專業(yè)有聯(lián)系，是理論方面的指示。正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行。”學習任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠的，所以在

50、本學期電路分析學完之際，緊接著來一次電子電路課程設(shè)計是很及時、很必要的。這樣不僅能加深我們對電子電路的認識，而且還及時、真正的做到了學以致用。</p><p>　　老師說實踐的目的不僅僅是要學會如何去連一個電路，更主要的是要我們學會如何自己動手解決生活中出現(xiàn)的問題，這樣我們才能在以后的生活中根據(jù)實際問題去想出解決的方法，而且，電路的設(shè)計不僅要合理，簡便，也需要美觀整潔。連的每一條線都不能有多余的部分，而且線條要明

51、朗，要整齊，不能彎曲。這對我們這些初次接觸這些東西的人來說，是一件并不簡單的事。</p><p>　　通過平時上課學到的有關(guān)集成電路的一些知識運用和有關(guān)書籍的查找我們經(jīng)過研究和探討后把電路設(shè)計出來?？墒请娐冯m然比較好接，誰知道后面的卻是困難重重?。∥覀冎挥昧藘蓚€小時就把電路做完了，大家都看到了希望，覺得我們離成功進了，可是誰知道第一次調(diào)試的時候會出現(xiàn)這么多問題，看到大家的電路連的那么美觀，而且那么準確，很多組很快

52、就調(diào)試完成了，而我們四個卻只是在那想究竟差什么呢？我們怎么就還不成功呢？一組組的同學都成功了，他們臉上充滿了笑容，甚至有的組開始嘗試新的連接方式，而我們還是發(fā)光二極管只是量卻不能達到一閃一閃的效果。我們一次次的調(diào)試都宣告失敗，于是我們決定重新接一次，當我們把最后一根線連上的時候，心里想的就是“一定要成功?。?！”可是最后的結(jié)果卻是還是沒有變化，這如同給我們心里潑了一盆冷水?。?！這是多么難過啊，我們每個人反復的檢查電路的連接，反復用萬用表檢

53、測，可是就是不知道什么原因。時間也隨著一點點的流逝，到了晚上我們卻也沒有心思吃飯，回到宿舍仍然是繼續(xù)研究，六點，七點，八點...我們把能想到都試了，也在吸取別人的建議，正當這時我們突然閃現(xiàn)一個想法，我們的運算放大器到現(xiàn)在一直就是擺在那個位置，它會</p><p>　　通過這次課程設(shè)計使我懂得了生活實踐與課堂理論的區(qū)別。我們在課堂上學習的知識就是為了去解決生活中的實際問題。這學期我們開設(shè)了電路實驗課，這極大的鍛煉了

54、我們的動手能力，但是這與生活還是有很大的不同，生活中的問題需要我們考慮生活實際才能解決。</p><p><b>　　附錄：</b></p><p><b>　　原理圖：</b></p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1]清華大學電子學教研組編.

55、閻石主編.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第四版）.北京.高等教育出版社.1998 </p><p>　　[2]東北大學秦皇島分校實驗室編.《數(shù)字電路EDA仿真實驗指導書》.秦皇島.東北大學秦皇島分校.2003年 </p><p>　　[3]華中科技大學電子技術(shù)課程組編.康華光主編.《電子技術(shù)基礎(chǔ)－模擬部分》（第五版）北京.高等教育出版社.2006 </p><p>　　[4