电子技术课程设计方波三角波信号发生器.docx
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电子技术课程设计方波三角波信号发生器
电子线路课程
设计报告书
题目 方波三角波信号发生器
专业班级10级自动化
(1)班
学 号 2020080717
学生姓名孙彬
指导教师郝保明
2021年12月15日
三角波方波信号发生器
前言
函数发生器一样是指能自动产生正弦波、三角波、方波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。
电路形式能够采纳运放及分立元器件组成;也能够采纳单片集成函数发生器。
依照用途不同,用产生三种或多种波形的函数发生器,本课题介绍方波——三角波函数发生器的设计方式。
产生方波、三角波的方案有很多种,本设计的此波形发生器由两个LM358集成运算放大器及其周边电路组成,能够发生方波、三角波。
波形发生器是一种经常使用的信号源,普遍地应用于电子电路、自动操纵系统、和教学实验等领域。
本次课程设计利用的发生器可产生三角波、方波等多种波形,波形的周期能够用程序改变,并可依照需要选择单极性输出或双极性输出,具有线路简单、结构紧凑等优势。
……………………………………………………………6
一、设计任务与要求
一、课落款称:
方波三角波发生器
二、元器件选择范围:
(1)集成电路:
LM358;
(2)稳压二极管:
12V稳压二极管;
(3)电阻:
1K、10K;
(4)电容:
2200P、150P;
3、电源电压不超过±12V
4、输出信号波形为对称方波和三角波
二、方案设计与论证
此波形发生器由一个LM358集成运算放大器及其周边电路组成,能够发生方波、三角波。
1方波:
利用输入端的RC自激振荡电路,反相输入迟滞电路而形成,反馈网路增加一个电位器以调剂占空比。
正向输入端连接一个电位器能够调剂方波的频率。
输出电路利用一个12V双向稳压管接地来稳幅。
2三角波:
以方波为输入信号,输入到积分电路。
同时为了提高三角波的负载能力而且减少方波频率对三角波幅值的阻碍,将积分电路的输出反馈给滞回比较器的输入。
通过改变方波的频率改变三角波的频率。
方案一原理框图
图1方波、三角波信号发生器的原理框图
第一由电压比较器产生方波,然后由积分电路将方波转化为三角
波。
2.1.2方案二原理框
图2方波、三角波信号发生器的原理框图
2.2设计思路:
发生器的设计方式电路框图,电压比较器产生方波,最后通过积分电路形成三角波。
此电路具有良好的方波和三角波信号。
但通过积分器电路产生的同步三角波信号存在难度。
缘故是积分器电路的积分时刻常数是不变的,而随着方波信号频率的改变,积分电路输出的三角波幅度同时改变。
三、单元电路设计与参数计算
3.1单元电路设计与原理说明
图3方波信号发生器电路图
如图(3)电路事实上是由滞回比较器和RC充放电回路组成,其中集中运放和电阻R1,R2组成滞回比较器,电阻R和电容C组成充放电回路,稳压管VDz和电阻R3的作用是钳子,将滞回比较器的输出电压限制在稳压管电压值±Uz。
2.工作原理
假设t=0时的电容C上的电压Uc=0,而滞回比较器的输出端为高电平,即U0=+Uz。
那么集成运放同相输入端的电压为输出电压在电阻R1,R2在分压的结果,即
U+=R1/(R1+R2).Uz
现在输出电压+Uz将通过电阻R向电容C充电,使电容两头的电压Uc升高,而此电容上的电压接到集成运放的反相输入端,即U-=U+时,滞回比较器的输出端将发生跳变,由高电平跳变成低电平,使U0=-Uz,于是集成运放同时输入端的电压也当即变成
U+=-R1/(R1+R2)Uz
输出电压变成低电压后,电容C将通过R放电,Uc慢慢降低。
当电容上的电压下降到U-=U+时,滞回比较器的输出端将再次发生跳变,由低电平跳变成高电平,即U0=+Uz。
以后又重复上述进程。
如此电容反复进行充电和放电,滞回比较器的输出端反复地高电平和低电平之间跳变,于是产生了正负交替的矩形波。
1.电路组成
如图(5)电路事实上是由集成运放A1组成滞回比较器,A2组成积分电路。
滞回比较器的输出加在积分电路的反相输入端进行积分,而积分电路的输出有接到滞回比较器的同相输入端,操纵滞回比较器输出端的状态发生跳变。
图5三角波发生电路
2.工作原理
假设t=0时滞回比较器输出端为高电平,即u01=+U2,而且假设积分电容上的初始电压为零。
由于A1同相输入端的电压u+同时与u01和u0有关,依照叠加原理,可得:
那么现在u+也为高电平,但当u01=+UZ时,积分电路的输出电压u0将随着时刻往负方向线性增加,u+随之减小,当减小至u+=u-=0时,滞回比较器的输出端将发生跳变,使u01=-Uz,同时u+将跳变成为一个负值。
以后,积分电路的输出电压将随着时刻往正方向线性增加,u+也随之增大,当增大至u+=u-=0时,只会比较器的输出端再次发生跳变,使u01=+Uz,同时u+也跳变成为一个正值。
然后重复以上进程,于是可得只会比较器的输出电压u01为矩形波,而积分电路的输出电压u0为三角波,波形如图(6)所示。
3.2参数计算
——三角波中电容C1转变(关键性转变之一)
比较器A1与积分器A2的元件计算如下:
得Uo2m=Vcc.R1/(R2+R6)
即R1/(R2+R60=1/3
取R1=10KΩ那么R2+R6=30KΩ,取R2=20KΩ
平稳电阻R9=R1//(R2+R6)=10KΩ
由式子f=(R2+R6)/4R1(R3+R7)
即R3+R7=(R2+R6)/4R1﹒C1
≤f≤Ω取R3=1KΩ为10kΩ的电位器
四、总原理图及元器件清单
1.总原理图
2.元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
Y1
LM358
1
LM358芯片
R1、R2、R3、R4、R5、R6
1K、10K
6
电阻R6=10K
C1
2200P
1
电容
C2
150P
1
电容
E-C1
10u
1
电容
W1
LM7812
1
P1、P2
一排
排针
表1元件清单
五、安装与调试
5.1制版
5.1.1DXP注意事项
电路绘制的时候主若是注意各个元器件的封装和实际买回来的元器件的管脚大小及距离相对应,并有选择地采纳排针作为信号的输入和输出和直流电源的输入。
元器件采纳先手动布局。
布线采纳自动布局,然后在这基础上手动调整布局,布线时需要设计好参数。
由于做电路板的条件有限,不可能依照工厂印刷版的参数来设定。
因此为了方便做板,一样线条大小为0.7mm,地线为1.5mm,过孔为0.5mm,焊盘为1.8mm。
电路板的长宽为:
98mm×125mm。
实际板子大小为:
105mm×145mm,PCB板请看附录1。
5.1.2制作PCB板的流程
设计好原理图sch→→改变封装→→绘制pcb板→→布局布线→→打印pcb图纸→→印制铜板→→侵蚀铜板→→钻孔→→焊接元器件→→测板→→修改电路→→测试(直到符合设计要求)。
5.1.3注意事项
(1)在测试进程中,假设某项指标误差较大,那么依照设计表调整修正相应元器件的值。
(2)制作板子进程中,为了节省材料,节约资源,尽可能用最少的东西完成最正确的功能。
因此板子元器件布局紧密。
而提高抗干扰能力,布线时尽可能短,少。
焊盘过孔设计合理。
5.2对实物电路进行调试
实践证明,新安装的电路板往往难以达到预期的成效,这是因为咱们在设计的时候不可能全面地考虑元件的误差、器件参数的分散性、寄生参数等各类各样的客观因素。
另外,电路板的安装中仍存在有可能没有查出来的错误。
通过电路板整体测试与调整,可发觉和纠正设计方案中的不足,并查出电路安装中的错误然后采取方法加以改良和纠正,就能够够使之达到预定的技术要求。
本次设计采纳的是PCB制作电路板,步骤繁琐,流程较为复杂。
因此在电路调整与测试应注意的问题较多,具体如下:
(1)通电前的检查
电路安装完毕后,必需在不通电的情形下,对电路板进行认真细致的检查,以便纠正安装错误。
检查应专门注意:
①元器件引脚之间有无短路。
咱们该组用PCB制作板,在检查电路引脚间的有无短路的时候显现了很多的问题。
第一板子在侵蚀的时候就没有侵蚀好(这可能是板子的质量、侵蚀时刻的长短、FeCL3溶液的配置等缘故)因此在用万用表测量的时候真的是处处短路,而有的地址确实是处处断路,为了保证的电路的正确性,只有通过万用表一条条的线路检查是不是导通,引脚间是不是短路。
因此本次设计实物的走线用导线和焊锡补了很多,同时为了幸免短路很多地址用小刀刮了很多了。
②电源的正负、负极性有无接反,正、负极之间有无短路现象,电源线、地线是不是接触良好。
关于电源正、负极问题主若是在本次设计中的单电源供电的导线插在功放电路的插座上,在此应专门注意在测试极性的时候,应注意红、黑表笔不要弄反。
红表笔接正极,黑表笔接负极。
该设计为了幸免次问题在PCB制图的时候将地线略微加宽。
不但知足制图制板的要求,而且使其极性区分明显。
③二极管有电解电容极性有无接反,三极管、集成器件引脚有无接错,集成电路的型号及安插方向对不对,引脚连接处有无接触不良等。
在安装的时候咱们严格依照测量晶体管的步骤和要求进行,用万用表别离判定出二极管的阳、阴极;小功率三极管的类型、B极、C极、E极;大功率三极管的类型、B极、C极、E极……。
并作了相应的标注。
(2)通电调试
通电测试包括测试和调整两个方面,测试是对安装后的电路板的参数及工作状态进行测量,对安装好的电路按一下方式进行测试:
①认真检查装好的电路,确认元件与导线连接无误后连通电源。
②在电路输入端输入5V电源,接上电路后看示波器是不是能正常显示波形;
假设没有正常显示波形,应该检查电路,找出故障缘故。
六、性能测试与分析
输出的各波形的参数范围有些许的误差是因为在各原件的参数选择上有些误差
三角波略微有点失真是因为积分电路中充放电的时刻不够。
七、结论与心得
为期三个礼拜的课程设计已经终止,在这三礼拜的学习、设计、焊接进程中我感触颇深。
使我对抽象的理论有了具体的熟悉。
通过对函数信号发生器的设计我把握了经常使用元件的识别和测试,熟悉了经常使用的仪器仪表,了解了电路的连接、焊接方式,和如何提高电路的性能等等。
通过对函数信号发生器的设计,我还深刻熟悉到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。
而且通过对此课程的设计,我不但明白了以前不明白的理论知识,而且也巩固了以前明白的知识。
最重要的是在实践中明白得了书本上的知识,明白了学以致用的真理。
也明白教师什么缘故要求咱们做好那个课程设计的缘故。
他是为了教会咱们如何运用所学的知识去解决实际的问题,提高咱们的动手能力。
在整个设计到电路的焊接和调试进程中,我个人感觉调试部份是最难的,因为你理论计算的值在实际当中并非一
定是最正确参数,咱们必需通过观看成效来改变参数的数值以期达到最好。
而参数的调试是一个体会的积存进程,没有体会是不可能在短时刻内将其完成的,而那个可能也是教师要求咱们加以提高的一个重要方面吧,第二,这次课程设计提高了我的团队合作水平,使咱们配合加倍默契,体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦,体会到成功来自于汗水,体会到功效的来之不易。
在实验进程中,咱们碰到了很多的问题。
比如,波形失真,乃至不出波形如此的问题。
在请教了许多同窗后才完成的。
还有确实是实验中咱们应该注意平安,专门是在特殊的地址或利用特殊工具时,如电烙铁,电钻,侵蚀剂时,必然要专门注意,不让危险事故发生。
参考文献
[1]杨素行主编.模拟电子技术基础.高等教育出版社,2006年7月
[2]王洪艳主编.电子技术实验指导书.机械与电子工程学院,2020年3月
[3]机电院主编.电工电子实训指导书.机械与电子工程学院,2020年9月
[4]蔡杏山主编.电子电路知识实践课堂.电子工业出版社,2020年10月
[5]周润景主编.PROTEUS入门有效教程.机械工业出版社,2007年9月
附录1
本次关于是电路板的参数和工作状态调整主若是在Proteus软件上的仿真进行的,以便提从仿真结果能够得出供调整电路的依据,通过反复测量和调整,就能够够使电路性能达到要求。
如以下图:
(在Proteus软件中仿真结果与之前设计方案所要求的结果完全一样,说明电路图达到设计要求)
方波三角波仿真电路图
方波三角波仿真波形图
方波三角波原理图
方波三角波PCB模版图
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- 关 键 词:
- 电子技术 课程设计 方波 三角 信号发生器