电子产品设计课程设计报告

《电子产品设计》

设计报告

设计时间：2009年11月1日班级：06级电才二班

姓名：美丽立

报告页数：12

广东工业大学课程设计报告

设计题目方波-三角波波形发生器

学院材能学院专业电子信息材料班四班

学号3106008053 姓名美丽立(合作者黄立本号____) 成绩评定_______

教师签名_______

一、设计任务、要求及指标 (3)

二、设计目的 (3)

三、原理电路设计 (3)

四、各组成部分的工作原理 (5)

五、电路的参数选择及计算 (7)

六、电路仿真、制作与调试 (10)

七、实验总结与体会 (13)

方波-三角波波形发生器

一、设计任务、要求及指标

任务：设计并制作用分立元件和集成运放放大器组成的能产生方波和三角波的波形发生器。要求、指标：

题目1、方波-三角波波形发生器：

设计功能要求：

1．输出方波-三角波，频率范围：1Hz~10KHz；

2．输出频率范围分档设置，5档设置；

3．输出频率精度：1%；

4．显示输出波形的频率

二、设计目的

1．掌握电子系统的一般设计方法

2．掌握模拟IC器件的应用

3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力

4．掌握常用元器件的识别和测试

5．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法

6．培养学生综合电子电路知识，解决电子技术方面常见实际问题的能力，促使学生积累际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、训练技能、追求创新、走向实用。

7．在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。

三、原理电路设计

（1）方案比较与确定

1、方案一

由集成运放构成的方波发生器和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。图1所示为由滞回比较器及简单RC积分电路组成的方波——三角波发生器。它的特点

是线路简单，但三角波的线性度差。主要用于产生方波，或对三角波要求不高的场合。

式中R1=R1′+ R w ″ R2=R2′+ R w ″

方波的输出幅值 U om =±U z

三角波的幅值

调节电位器器R w （即改变R2／R1），可以改变振荡频率，但三角波的幅值也

随之变化．如要互不影响，则可通过改变R f （C f ）来实现振荡频率的调节。 2、方案二

如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，则比较器输出的方波经积分器积分，可到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。由于采用运放组成的积分电路，因此可实现恒流充电，便三角波线性大大改善。

故此，选方案二，因为方案二得到的波形较好而且电路较简单。

（2）整体电路框图的确定

按照方案二可以得到以下的电路框架

（3）单元电路设计及元件选择

如附录的电路图，第一，第二个运算器分别构成方波和三角波电路。图中运算放大器U1，与电阻R2,RP1构成同相输入施密特触发器（也就是迟滞比较器）。运算放大器U2与RP3、C1、C2构成积分电路。这两个电路形成闭合回路。由于电容C1、C2的密勒效应，在U2

的

输出得到线性度较好的三角波

输出方波幅值为U U

Z ±=01

；

其中

U

z

为稳压管的稳定电压，故输出方波的峰峰值为

U

V

Z

P

P 201=-，这样按照

要求，稳压管可以选用稳压值大于10V 的管，本电路选用型号为1N4744A 的稳压管，它的稳压值是

V

U Z

15=。

而三角波的幅值为

U

R

R U

Z

3

202

=，为了使输出三角波的幅值可调，这里取

Ω=K R

102

，则R 3Ω=K 10。

原理框图：

由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的为方波，再经积分器得到三角波。

四、各组成部分的工作原理

1、方波产生电路的工作原理

电路组成如右图：

它由反相输入的滞回比较器和RC 电路组成。RC 回路既作为延时环节，又作为反馈网络，通过RC 充放电实现输出状态的自动转换。

设某一时刻输出电压u o =+Uz ，则同相输入端电位u p =+U T 。Uo 通过R 3对电容C 正向充电。反相输入端电位u N 随时间t 增长而逐渐升高，当t 趋近于无穷时，u N 趋于+Uz ；但是，一旦u N =+U T ，再稍增大，u o 就从+Uz 跃变为-Uz ，与此同时u p 从+U T 跃变为-U T 。随后，uo 又通过R 3对电容C 反向充电。反相输入端电位uN 随时间增长而逐渐降低，当t 趋近于无穷时，u N 趋

于-Uz；但是，一旦u N=-U T，再稍减少，u o就从-Uz跃变为+Uz，与此同时u p从-U T跃变为+U T，电容又开始正向充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

2、方波——三角波产生电路工作原理

电路组成：

如图，当方波发生电路的输出电压u01=+Uz时，积分运算电路的输出电压u o将线性下降；而当u o1=-Uz时，u o将线性上升。

由于存在RC电路和积分电路两个延迟环节，在实际电路中，将它们“合二为一”，即去掉方波发生电路中的RC回路，使积分运算电路即作为延迟环节，又作为方波变三角波电路，滞回比较器和积分运算电路的输出互为另一个电路的输入。

其中A1、A2构成方波、三角波产生电路。运算放大器A1，与电阻R2、R3构成同相输入施密特触发器(即滞回比较器)。运算放大器A2与R5、C构成积分电路。二者形成闭合回路。由于电容C的米勒效应，在A2的输出得到线性度较好的三角波。

理论计算公式：

振荡周期：

输出方波幅度：

Uz 为稳压二极管的稳定电压

输出三角波幅度：

振荡频率：

五、电路的参数选择及计算

由于输出频率不高，所以集成运放选用通用型的UA741C ；根据公式

取R 2＝R 3 ，可使输出方波幅度等于输出三角波幅度，我们使R 2=R 3=10k Ω，这样易于实现；考虑到电路的简洁性以及可靠性，所以在这里不使用电位器。因为输出方波-三角波要求频率范围：1Hz~10KHz ，频率跨度大。所以采用同时变换5R 和 C 的方法来达到要求。 当5R =25 k Ω, C =10uF 时，

同理，当5R =25 k Ω, C =1.0uF 时，f=10Hz ；

当5R =25 k Ω, C =100nF 时，f=100Hz ；

当5R =25 k Ω, C =10nF 时，或当5R =2.5 k Ω, C =100nF 时，f=1000Hz ； 当5R =2.5 k Ω, C =10nF 时，f=10KHz ；

由于找不到25k Ω和2.5k Ω的电阻，所以只能取相近的24k Ω和2.4k Ω；R 4 是稳压管的限流电阻，其值的大小是由所选用的稳压管参数决定。因为稳压管为12Ｖ0.5W ,所以取R 4=1k Ω

六、电路仿真、制作与调试

电路原理图仿真如上图所示：

这里使用EWB10（即MULTISIMv10）进行仿真。仿真波形如下：输出信号为1Hz时，方波和三角波的波形如下：

输出信号为10Hz时，方波和三角波的波形如下：

输出信号为100Hz时，方波和三角波的波形如下：

R=24 kΩ, C=10nF时,输出信号为1000Hz时，方波和三角波的波形如下：当

5

R=2.4 kΩ, C=100nF时,输出信号为1000Hz时，方波和三角波的波形如下：当

5

输出信号为10KHz时，方波和三角波的波形如下：