集成运放波形发生电路设计

设

计

报

告

课题：集成运放波形发生电路设计

姓名：唐**

学号

系别：物电系

专业：电子信息科学与技术

年级： 10电本一

指导教师：

2012年04 月09

目录

1. 设计任务 (3)

1.1 基本要求 (3)

1.2 发挥部分 (3)

1.3 系统框图 (3)

2. 单元电路的设计 (4)

2.1 电源电路 (4)

2.1.1 工作原理分析 (4)

2.1.2 参数计算及器件选择 (4)

2.2 方波三角波发生电路 (5)

2.2.1 工作原理分析 (5)

2.2.2 参数计算及器件选择 (6)

2.3 正弦波电路 (6)

2.3.1 工作原理分析 (6)

2.3.2 参数计算及器件选择 (7)

2.4 全波整流电路 (7)

2.4.1 工作原理分析 (7)

2.4.2 参数计算及器件选择 (7)

3. 系统的测试 (8)

3.1使用仪器和设备 (8)

3.2 测试的方法和步骤 (8)

3.3 结果分析 (10)

4．总结 (11)

5. 参考文献 (11)

6. 附录 (11)

附录一：器件清单 (11)

附录二：仪器设备清单 (11)

附录三：原理图 (12)

附录四：PCB图 (13)

附录五：实物图（正反面） (13)

1. 设计任务

1.1 基本要求

在所学模拟电子技术课程知识基础上，选用合适的集成运放设计产生正弦波、方波、三角波的综合波形发生器。

其中要求：1、各输出波形的工作频率范围为100HZ~10KHZ连续可调。

2、正弦波幅值为±5V，失真度小于1.5%。

3、方波幅值为±5V，三角波幅值为±10V。

4、设计整个电路所需的直流电源。

1.2 发挥部分

实现波形的占空比可调、实现全波整流电路

1.3 系统框图

图1 集成运放波形发生电路系统框图

滞回比较器输出方波，方波经过积分器形成三角波，三角波经过二阶低通滤波电路形成正弦波，再经过全波整流输出直流电。电源部分采用设计实验产生的+12V和-12V双直流电源供电。

2. 单元电路的设计

2.1 电源电路

2.1.1 工作原理分析

图2：电源电路原理图

本系统对电源电压稳定度要求较高，考虑到成本等因素，使用7812和7912三端稳压电路最为合适。该电源电路如图2所示,市电经变压器耦合电压和四个IN4007、二极管、电解电容构成的全波整流后输出电压值约为14V~15V，再经7812和8912三端稳压电路后输出稳定+12V和-12V双电源。根据电容的充放电作用，使用电解电容C4、C7、C8和C11进行滤波使得输出电压趋于平滑。

2.1.2 参数计算及器件选择

（1）整流二极管的选取原则：每个整流二极管平均电流等于0.5倍负载电流；每个整流二极管反向耐压等于1.4输出（有效值），IN4007反向耐压1000V，正向耐流1A

（2）滤波电容的选择：C4、C7是滤波电容，要求C4的容量小于C7的容量，以免掉电时C7通过7805向C4充放电，C8和C11同理，考虑到性价比，C1和C8取1000uF/25V，C5和C11取470 uF/25V。

2.2 方波 三角波发生电路 2.2.1 工作原理分析

图3，方波三角波发生电路

如图3所示，LM324A 为同相输入滞回比较器，右边LM342B 为积分运算电路，其中积分运算电路既作为延迟环节，又作为方波变三角波电路。滞回比较器的输出电压Z O U U ±=1,它的输入电压是积分电路的输出电压Uo2，根据叠加原理，运放A1同相输入端的电位

2

12

112**R R U R U R u O O ++=

+

当0==-+U U ，则 Z T U R R U 2

1

±

=± 当输出为正时，ZD2导通，ZD1用于限幅稳压，当输出为负时，ZD1导通，ZD2用于限幅稳压。所以Z U U ±=01。 三角波输出的幅度：Uz R R U U

T O *==)(

2

1

2

当从—Uz 跳变为+Uz ，则积分电路反向积分，随时间的增长线性下降，当从+Uz 跳变为—Uz ，则积分电路正向积分，随时间的增长线性增大，电路重复上述过程，产生自激振荡。

三角波的振荡周期为2

411

*)21RW (**4R C RW R R T ++=

，其中占空比：

2

1RW *2'2421RW R RW T T ++=）（。

2.2.2 参数计算及器件选择

(1) 为实现较明显的占空比可调，正反向积分时间不同，二极管D1、D2采用IN4148即可，电位器RW2取20k,可实现最小的占空比

19

10

2362021RW *2'24421=+=+++=RW R RW R T T ）＋（ＲＷ１ (2)为实现三角波输出频率KHz Hz f 10~100=错误！未指定书签。可调，若C1=0.1uF ，RW2=2k,则k f

C R RW 7.12~127*1*R *42RW 14R 12

Ω==++）（，故RW1取18K ，电位

器RW2取2k 。

2.3 有源二阶低通滤波电路

0.1u F

2.3.1 工作原理分析

如图3所示，输入电压UO2经过二阶低通滤波电路以后，再接到集成运放的同相输入端，电路中引入了负反馈，也引入了正反馈，可以在f=f0时使电压放大倍数增大，又不会产生自激振荡。通过电容C2引回的反馈信号将削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，于是高频段的幅频特性将急剧衰减。根据运放的“虚短”和“虚断”的特点，可得

200

*

)(1f Q j f A U U A UP

i

U +-==

式中,Aup=1+R7/R6=1.0589,Q=1/(3-Aup)

为满足频率范围为100Hz —10KHz

RW3是双联滑动变阻器可以实现双调，更容易调试，经计算，双联滑动变阻器可取10K 。 根据三角波的傅立叶展开公式：

)5sin 25

1

3sin 91(sin 8)(2

??++-=

t t t Am

t f ωωωπ

所以3O U 到正弦波在低通波器的通常截止频率大于三角波的基波频率且小于三角波的三次

斜波频率即可。

2.3.2 参数计算及器件选择故RW3=10K，C2=C3=0.1uF即可实现。

2.4 全波整流电路

2.4.1 工作原理分析

U

3

如图4所示，（1）当输入信号为正时，LM358B输出负电压，D4管导通，D3管截止，则根据反相比例运算可知道LM358B输出为-U03，它在LM358A端产生的输出电压为2* U03，有U03在输出端产生的电压为-U03，则最后叠加可知道输出的U04为U03。

（2）当输入信号为负时，LM358B输出正电压，D3管导通，D4管截止，输出的电压U04由U N和U03经各自的反相比例运算电路产生的电压叠加而成。其中U N在输出端产生0，而U03在输出端产生的电压为-U03，叠加最后输出电压为-U04

2.4.2 参数计算及器件选择

(1)电阻器件的选择原则满足运放放大倍数要求即可。故R8=R9=R11=R12=R15=10k，R13=R14=20k。

(2)二极管选择原则满足全波整流的单向导电性，故选择IN4148即可。

3. 系统的测试

3.1 电路板的测试

（1）未上电前，认真检测焊接后的电路板是否焊接正确，同时检查线路内部是否出现断路、短路、虚焊等问题。

（2）接通电源，观察是否有冒烟、烧断、烧焦、跳火、发热等不正常现象。如有发现，一定要先断电，再查线路。

（3）检查所有芯片的电源脚和接地脚是否正确。用万用表表笔检测各芯片的工作电压是否正常。

（4）将检测好的+12V和-12V双电源给波形发生器模块，并用示波器双踪观察图形。3.2 测试结果

3.3 结果分析

（1）在电源模块+12V 和-12V 双直流电源实际测量值为+12.08V 和-11.92V 。

（2）在波形发生器模块实际值与理论值存在一定的偏差，误差来源：仪器误差、器件误差、测量误差。

（3）如图7所示，正弦波经全波整流后相邻的两个波形峰峰值不等，因为电源模块产生的电压不是标准的+12V 和-12V 。

（4）矩形波的实际频率为221HZ —6KHZ ，三角波的频率为220HZ —5.8KHZ ，正弦波的频率为150HZ —8.9KHZ 。实际频率100HZ —10KHZ

（5）电路虽采用输出频率可调，但在测试时不易将输出频率调至10KHz ，因采用精密电位器，使用较为方便。

4. 总结

本次课程设计的基本要求能较好的完成，且能适当的发挥提高部分。在这次设计训练中，复习了模拟信号运算电路、信号处理电路和波形发生电路的相关知识，从而做到把所学到的理论知识运用到实际设计电路中，并能用理论知识对在实验过程中所出现的一些故障进行分析并排除。，在画PCB布板和焊接技术上都有所提高深刻体会到动手能力的重要性，效率也得到了提高。对于波形发生电路、信号处理电路和运算电路的相关知识也得到深刻理解。

5. 参考文献

[1]童诗白华成英主编的《模拟电子技术基础》（第三版）高等教学出版社

6. 附录

附录一：器件清单

附录二：仪器设备清单

附录三：原理图

附录四：PCB图

附录五：实物图