方波三角波发生器

专 业 自动化 班 级 姓 名 设 计 起 止 日 期 设计题目：方波－三角波发生器 设计任务（主要技术参数）： 2013.6.24 ~ 2013.6.28 设计一个方波—三角波发生电路，主要技术参数：频率：100～1000Hz；幅度：≧2V。要求选择电路结构，计算元件参数。 指导教师评语： 成绩： 签字： 年 月 日

课程设计说明书 NO.

1.课程设计的目的 《电子技术基础课程设计》是学习理论课程之后一个必不可少的实践教学环节。它包括查找资料、选择论证方案、设计电路并仿真、分析结果、撰写报告等工作。通过课程实际要实现以下目标：①通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。②注重培养学生正确的设计思想，掌握课程设计的主要内容、步骤和方法。③为后续的毕业设计打好基础。④培养学生获取信息和综合处理信息的能力，文字和语言表达能力以及协调工作能力。 课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。 ⑤提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。 2.设计方案论证 2.1设计思路 由图1所示，常见的方波—三角波发生器是由滞回比较器和由集成运放组成的积分电路组成的。由于采用集成运放组成的积分电路，可以得到线性很好的三角波。输出三角波的幅值UomR2R11三角波频率f，要想设计一个幅值不变，UZ ，R1T4R2R4CF频率可调的方波三角波发生器，通常先调节电阻R1和R2确定好输出电压的幅值，再利用R4和CF调节周期和频率。所以，我把R4换成了一个滑动变阻器。 图1 方波-三角波发生器原理图 2.2设计方法 1.设计电路 在如图1所示的电路中，UomR2R11,因此可知，改变R2和UZ, fR1T4R2R4CFR1可改变输出电压幅值，而改变任一个电阻值和电容值均可改变周期和频率。通常先调节电阻R1和R2确定好输出电压的幅值后，再利用R4和CF调节周期和频率。由于此设计要求幅值一定，频率可调，所以只能通过改变R4来调节频率。将图1中的R4换成滑动变阻器即可，如图2所示，电路图的元件列表和参数选择如表1所示。 图2 频率可调的方波-三角波发生器 表1 方波-三角波发生器所需元件 元件名称 电阻1 电阻2 电阻3 电阻4 电阻5 放大器 电容 稳压管 元件符号 R1 R2 R3 R R5 741 C VDz1 VDz2 元件参数 10KΩ 20KΩ 1KΩ 0～125KΩ 10KΩ 0.01uF 3 V 电源 VEE Vcc -15V , 15V 2.工作原理 与方波发生器相同，迟滞比较器A1的输出uo1只有两种可能：高电位为UO1HUZUDUZ，低电位为UO1L(UZUD)UZ。而此电路迟滞比较器器的基准电压UB为零，利用叠加原理可得u1+uo1R2R1 uoR1R2R1R2A1的同相输入点位u1+为 设开始工作时电容CF尚未积累电荷且合上电源时u1+UO1HUZ,因为CF上无电荷，所以uo=0(A2的反相输入端为虚地)。此时u1+UOHR21,由uouo1dt可知，R1R2R4CF输出点位uo随时间以一直线下降。又由u1+uo1R2R1可知u1+的电位也随着uoR1R2R1R2uo下降而下降，当输出电压uoR2UZ时，u1+=0，此时A1输出uo1由高电位UO1H跃变R1为地电位UO1L=- UZ；随着uo1的跃变。u1+立即下降，而输出电压uo则因积分函数限定以直线形式上升，u1+也随着uo的上升而逐渐上升，当uoR2UZ时，u1+=0, uo1又从R1低电位UO1L跃变到高电位UO1H；u1+又立即上升，输出电压uo又将随直线下降，以后的过程周而复始，电路输出一系列三角波。调节R4 可以改变频率。方波三角波发生电路电路波形图如图3所示。 图3 方波-三角波发生电路电路波形图 3.有关计算 三角波输出幅度 Uo1mR22010336V 3R11010 方波输出的幅值 Uo2mUZ=3V R1110103 当R412.5K时，f1000Hz 336T4R2R4CF4201012.5100.0110R1110103当R4125K时，f100Hz 336T4R2R4CF42010125100.0110R1110103当R415K时，f833Hz 336T4R2R4CF4201015100.0110R1110103 当R425K时，f500Hz 336T4R2R4CF4201025100.0110R1110103当 R462.5K时，f200Hz T4R2R4CF42010362.51030.011064.仿真 4.1仿真软件介绍 Multisim7.0软件包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。可以使用Multisim7.0软件交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。Multisim7.0软件提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim7.0软件和虚拟仪器技术，可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 应用Multisim 7.0软件进行仿真教学的操作简单，比如对某一具体电路仿真步骤如下：根据原理图放置元器件；放置仪器仪表在需要观察的地方；连接导线；单击仿真开关进行仿真；利用仪器仪表观察仿真结果。 4.2画图步骤 进入multisim7.0绘图主界面如图4所示，在主界面单击右键，选颜色，在color设置的下拉列表中选White Background，按OK则对主界面的颜色设置成功。再单击鼠标右键选中Show Grid，，则主界面multisim7.0绘图主面如图4所示出现栅格，有利于绘制方波。 图4 multisim7.0绘图主界面 电路中所有的元件均来自虚拟工具栏和仪器工具栏以及元件工具栏。电阻R5，电容C、电源 VCC、VEE均来自基本元件，运算放大器A，稳压管VDZ1，R1、R2、R3、R4、在任何一栏中用鼠标左键单击选定一个元件，移至绘图区域后在VDZ2来自元件工具栏，左键单击即可将原件放置在工作区。对元件的参数和名称进行设置，双击某一元件，在Label中进行元件名称设置，在Value中进行参数设置。所有元件放置好后，进行连接电路图、连接好的电路图。如图5所示。 图5 方波-三角波仿真原理图 4.3仿真结果 当R462.5K时， 图6 频率图 图7 输出波形图 图8三角波输出幅值 当R415K时， 图9 频率图 图10 输出波形图 图11三角波输出幅值 3.设计结果与分析 3.1设计结果 示波器显示为输出波形为方波—三角波，频率计测量值与理论值有一定的偏差。 当R462.5K时，理论f200Hz,实际为192.736Hz。 当R415K时，理论f833Hz，实际为745,276Hz。 三角波的输出幅值理论为6V，实际约为4.9V。 3.2误差分析 仪器自身的误差：电源和信号源的内阻及电压变化、干扰和噪声都会造成误差； 人为误差：各种数据的处理和数据记录，以及实验的过程中因方法不当产生的人为误差产生。 4.设计体会 通过这次课程设计，加强了我思考和解决问题的能力。在此次课程设计的过程中，我遇到了许多问题，例如，最初没有明确的思路、对各种参数的选取不够清楚，但是通过查阅课内外的有关资料集网络资料得到了很好的解决。通过这次的课程实际，让我深深体会到，对于任何事都必须耐心、细致。 5.参考文献 [1] 童诗白，华成英. 模拟电子技术基础，第3版.[M]. 北京：高等教育出版社，20011 [2] 康华光. 电子技术基础（模拟部分），第4版.[M]. 北京：高等教育出版社，1999 [3] 朱定华,吴建新,饶志强. 模拟电子技术[M]. 北京：清华大学出版社，2005 [4] 高吉祥. 模拟电子技术. 北京：电子工业出版社[M]，2004 [5] 彭介华. 电子技术课程设计指导[M]. 北京：高等教育出版社，2002

沈 阳 大 学