物理與電子資訊學院模擬電路課程設計成績評定表
專業：電子科學與技術班級：07電子本學號姓名
2023年7月2日
模擬電路課程設計報告
設計課題： 正弦波-方波-三角波函式轉換器
專業班級： 07電子科學與技術
學生姓名
學號：指導教師
設計時間： 2023年6月30
正弦波-方波-三角波函式轉換器的設計
一、設計任務與要求
① 輸出波形頻率範圍為0.2khz~20khz且連續可調；
② 正弦波幅值為±2v；
③ 方波幅值為2v；
④ 三角波峰-峰值為2v，占空比可調；
⑤用橋式整流電容濾波整合穩壓塊電路設計電路所需的
二、方案設計與論證
波形產生電路通常課採用多種不同電路形式和元器件後的所要求的波形訊號輸出。波形產生電路的關鍵部分是振盪器，而設計振盪器電路的關鍵是選擇有源器件，確定振盪器電路的形式以及確定元件引數值等。具體設計可參考一下方案。
方案一、文氏橋式振盪器（rc串-併聯正弦波振盪器）產生正弦波輸出，其主要特點是採用rc串-併聯網路作為選頻和反饋網路，其振盪頻率f0=1/（2∏rc），改變rc的數值，可得到不同頻率的正弦波訊號輸出。用整合運放構成電壓比較器，將正弦波訊號變換成方波訊號輸出。用運放構成積分電路，將方波訊號變換成三角波或鋸齒波訊號輸出。
該電路的優點是：發生訊號的非線性失真小，缺點是：除錯過程煩瑣，所需元器件多，製作難度大，成本較高．
方框圖：
方案二、用ua741構成訊號發生電路，把正弦波訊號轉換成方波訊號再轉變成鋸齒波訊號，該電路除錯過程較簡單，容易實現波形的轉換，製作簡單．
三、單元電路設計與引數計算
直流電源:
直流電源由電源變壓器，整流電路，濾波電路，穩壓電路四部分構成
穩壓電源的組成框圖
交流電源電路圖
１．整流，濾波電路
用四個整流二極體組成單相橋式整流電路，將交流電壓ｕ2變成脈動的直流電壓,為了減小電壓的脈動，再經濾波電容c1濾除紋波,輸出直流電壓ui ，ui=1.2u2
為了獲得較好的濾波效果，在實際電路中，應選擇濾波電容的容量滿足rlc=(3～5)t/2的條件。兩個二極體分別與lm7812和lm7912反向併聯，取到保護電路的作用。同時在後面有兩個發光二極體監視電路
2．穩壓電路
穩壓電路中用三端固定穩壓器組成固定電壓輸出電路，用ｃ為抗干擾電容，用以旁路在輸入導線過長時竄入的高頻干擾脈衝，ｃi是用來改善輸出瞬變特性和防止電路產生自激振盪．所接的二極體對穩壓器起保護作用，防止輸入端短路時ｃ2上電荷對穩壓器內部放電使內部輸出管擊穿而損壞．
三端固定式整合穩壓器構成穩壓電路時要求輸入電壓ｕi不能過低，
ｕi—u0>3v
根據輸出電壓、電流選用三端整合穩壓器及輸入電壓。
訊號發生部分
1.正弦波部分
用文氏橋電路,電路由放大電路、選頻網路、正反饋網路和穩幅環節四個部分組成
放大電路應具有盡可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻以減少放大電路對選頻特性的影響，使振盪頻率幾乎僅決定於選頻網路，因此通常選用引入電壓串聯負反饋的放大電路。
正反饋網路的反饋電壓uf是同相比例運算電路的輸入電壓，因而要把同相比例運算電路作為整體看成電路放大電路，它的比例係數是電壓放大倍數，根據起振條件和幅值平衡條件有
rf2r1
且振盪產生正弦波頻率
正弦波電路引數設計：由於rc橋式振盪的振盪頻率是由rc網路決定的，因此選擇rc的值時，應把已知的振盪頻率作為主要依據。同時，為了使選頻網路的特性不受整合放大器輸入和輸出電阻的影響，選擇r時還應考慮r應該遠遠大於整合遠放的輸出電阻，並且要遠遠小於整合遠放的輸入電阻。
根據已知條件，由fo =1/（2πrc）可以計算電容的值，實際應用時要選擇穩定性好的電阻和電容。r1和rf的值可以由起振條件來確定，通常取rf=2.1r1，這樣可以保證起振又不會使輸出波形嚴重失真。
因為0.2khz < <20khz 得r。又因rf2r1取rf=2.
1r1 可得r1=。設計r要考慮失調電流及其漂移影響，應該取r=r1//rf。綜合上述兩個條件可以算出r1的值為11.
7～11.7k，則rf應為24.49～24.
49k。實際應用時應當調節這兩個電阻的值使其滿足要求。
２．正弦波－方波轉換部分
正弦波到方波的轉換採用的是過零比較器，從整合運放輸出端的限幅電路可以知道 u0=±r3/(r3+r2)uz
由幅值是兩伏與及市產的情況，選所以選uz=±6.2的穩壓管，如果選r3為1 k，則(r3+r2)的值約為3 k
3. 方波－鋸齒波轉換部分
此電路由反相輸入的過零比較器和rc電路組成。rc迴路既作為延遲環節，又作為反饋網路，通過rc充、放電實現輸出狀態的自動轉換。設某一時刻輸出電壓uo=+uz,則同相輸入端電位up=+ut。
uo通過r3對電容c正向充電，如圖中實線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當t趨於無窮時，un趨於+uz；但是，一旦un≥0,uo從+uz躍變為-uz,與此同時up從+ut躍變為-ut。隨後，uo又通過r3對電容c反向充電，如圖中虛線箭頭所示。
un隨時間逐漸增長而減低，當t趨於無窮大時，un趨於-uz；但是，一旦un≤0,uo就從-uz躍變為+uz，up從-ut躍變為+ut，電容又開始正相充電。上述過程周而復始，電路產生了自激振盪。
±ut=±r2∕(r6+rw)u02mt=2r6(r6+rw)c3∕r7
運放的反相端接基準電壓，即u-=0，同相輸入端接輸入電壓uia，r6稱為平衡電阻。比較器的輸出uo1的高電平等於正電源電壓+vcc，低電平等於負電源電壓-vee（|+vcc|=|-vee|）, 當比較器的u+=u-=0時，比較器翻轉，輸出uo1從高電平跳到低電平-vee,或者從低電平vee跳到高電平vcc。
由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性.
當輸入訊號為方波uo1，則積分器的輸出uo3為
uo=+uz,d5導通,d6截止，uo3=-1/(r6c)uz(t1-t0)+uo(t0)
uo=-uz,d6導通,d5截止,uo3=1/(r6+rw')uz(t2-t1)+uo(t1)
可見積分器的輸入為方波時，輸出是乙個上公升速度與下降速度不相等的占空比可調的鋸齒波.
經計算，如果選r6=1k,則r7=10k，c=100nf.
鋸齒波圖與方波圖如下：
四、總原理圖及元器件清單
1．總原理圖
2．元件清單
五、安裝與除錯
對直流穩壓電源測試其變壓器的原副邊電壓，整流、濾波電壓，穩壓管輸入輸出電壓，如果測試值在誤差範圍內，說明滿足設計要求。
靜態除錯：
用萬用表對電路板進行靜態測試，目的主要是為了防止虛焊或者漏焊。
靜態除錯沒有問題之後方可以到實驗室進行動態測試，主要測試引數有正弦波的幅值，輸出波形頻率範圍。
再對方波、三角波、鋸齒波電路的靜態工作點進行測試，即方波和鋸齒波的幅值。然後對電路進行動態測試。主要是測試方波、鋸齒波的振盪頻率的調節範圍。
注意用示波器測量幅值必須把所有的微調都調到順時針頂端。在測量數之前必須把波形先調好，只有在波形不失真的情況下才能測量引數，否則所測資料沒有任何意義。
動態除錯：
正弦波產生電路的安裝與除錯：
1. 把ua741整合塊插入麵包板，注意布局，焊點焊接；
2. 分別把各電阻放入適當位置，尤其注意電位器、穩壓管的接法；
3. 按圖接線，注意直流源的正負及接地端。
頻率的調節：固定電容c不變，改變rc振盪電路中r的值，在三角波幅值符合要求時，輸出波形頻率發生改變，測量頻率變化範圍.
方波發生電路的安裝與除錯：
（1）.安裝方波產生電路：
1. 把ua741整合塊插入麵包板，注意布局；
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