占空比可调的方波函数发生器

西北民族大学电气工程学院课程设计说明书（2011/2012学年第二学期）

课程名称：模电课程设计

题目：正弦波发生器设计

专业班级：10级自动化一班

学生姓名：杨香林

学号：P101813404

指导教师：刘明华

设计成绩：

二〇一二年六月二十三日

目录

1.课程设计的目的

2.课程设计内容

2.1总体概述

2.11 设计任务

2.12 设计要求

2.2系统方案分析

2.3系统设计及仿真

2.4硬件设计

3.课程设计总结

4.参考文献

1、课程设计目的

1．掌握电子系统的一般设计方法。

2．理解迟滞比较器的设计原理，掌握方波函数发生器的设计原理。

3．理解555定时器的工作原理，掌握多谐振荡器的设计原理。

4．熟练运用multisim仿真软件设计和仿真电路。

5．提高综合应用所学知识来指导实践的能力。

2、课程设计总文

2.1总体概述

2.11 设计任务

使用集成运算放大器、稳压二极管、二极管、电阻等器件设计方波函数发生器。

2.12 设计要求

1、根据技术要求和现有开发环境，分析课设题目；

2、设计系统实现方案；

3、要求占空比可调；输出电压：8V<|Vo|<15V；周期：2ms

4、通过multisim仿真软件进行仿真；

5、记录仿真结果、修改并完善设计；

6、编写课程设计报告和总结。

2.2系统方案分析

迟滞比较器，是将集成运放比较器的输出电压通过反馈网络加到同相端，形成正反

馈，如图2.21（a ）所示，待比较电压I 加在反相输入端。在理想情况下，它的比较特性

如图2.11（b ）所示。由图可见，它有两个门限电压，分别称为上门限电压OH

U 和下门限

电压

OL

U ，两者的差值称为门限宽度。

图2.2(a ）

图2.2（b ）

设比较器输出高电平

OH

U ，则

OH U 和

ref

U 共同加到同相输入端的合成电压为

ref

2

11

2121U R R R U R R R U OH +++=

+

当I ν由小增大地通过1+U 时，输出电压由OH U 下跃到OL U 。

当比较器输出为低电平

OL

U 时，按同样的分析求的加到同相输入端的合成电压为

ref

2

11

2122

U R R R U R R R U OL +++=+

假

若I ν由大减小的通过2+U ，则O u 由OL U 上跃到OH U 。

利用迟滞比较器的这一特性，可以考虑若在输入端引入负反馈，则可以得到标准的方波。 所选的设计电路方案如下图（图2.21（c ））：

图2.2（c ）

图中R 和C 为定时元件，比较器的两个门限电压分别为

OH IH U R R R U 212+=

OL

IL U R R R U 2

12

+=

假设t=0时OH

O

U =u

,且C 上起始电压为零，这时，

OH

U 通过R 向C 充电，C 上电压按

指数规律上升，直到其值等于

IH U 时，O u 由OH

U 下跃到

OL

U ，C 将通过R 放电。C 上

电压按指数规律下降，直到其值等于

IL U 时，O u 由OL U 上跃到OH

U 。之后C 又充电，

如此重复，即可得到方波信号，如图2.2（d ）所示，其周期为

)21ln(21

2

R R RC T +

=

图2.2(d)

图2.3（uA741引脚）

2.3系统设计及仿真

由分析知，我们选用图2.2（c ）的方案，根据周期公式及设计要求，我们取R1=30k Ω，R2=15k Ω，选通用集成运放uA741（引脚如上图2.3），及稳压在8.2V 的1N4738，为了保护运放我们在输出端和负反馈输入端各加一个10k Ω的限流电阻，为了得到周期可变且范围在2ms ～10ms 之间的方波，在仿真中可以选择100nf 的可变电容，固定电阻R 为50k Ω。经仿真发现，得到的只是周期可变，而占空比不变，现在我们来分析RC 的充放电：

据图2.21（d ），当OH

O

U =u 时，

OH

U 通过R 向C 充电，C 上电压按指数规律上升，直

到其值等于

IH U 时，O u 由OH

U 下跃到

OL

U ，C 将通过R 放电，分析知，若我们改变充

放电时间使其不相等，则可以得到占空比不同的波形。由于电容已经是可变电容且接地，故我们选择改变电阻参与充放电的时间，考虑至此，我们可以在电阻的两端并联上一个二极管

和电阻串联的支路。

综合考虑以上所有因素，我决定采纳如下电路（图2.3（a）），其测试仿真结果图2.3（b）所示，

图2.3（a）

图2.3（b）

2.4硬件设计

经仿真测试，其周期可以在2ms～10ms之间变换，占空比也符合标准，鉴于实际中缺少100nF 的可变电容，故实物中只做到了频率固定的方波发生器。在电路焊接中，一定要注意741的引脚，在电路板上合理的布线，焊接完之后先查看是否有漏焊，然后用万用表检测一下是否有短路的地方，检查完毕后进行测试。

在本次设计中，第一次由于运放本身的问题，导致波形无法观察。

焊接成功的实物电路如图2.4（c）所示，示波器测试结果如图2.4（d）所示，