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幅度频率可调的锯齿波发生器

2017-10-07 12页 doc 190KB 36阅读

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幅度频率可调的锯齿波发生器幅度频率可调的锯齿波发生器 本科生课程设计(论文) 第1章 幅度频率可调的锯齿波发生器设计方案论证 1.1幅度频率可调的锯齿波发生器应用意义 在我们日常生活中,以及一些科学研究中,锯齿波是常用的基本测试信号。在无线电通信,测量,自动化控制等技术领域广泛地应用着各种类型的信号发生器此外,如在示波器、电视机等仪器中,为了使电子按照一定规律运动,以利用荧光屏显示图像,常用到锯齿波产生器作为时基电路。例如,要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形,要求在水平偏转板加上随时间作线性变化的电压——锯齿波电压,使电子束沿水平方向...
幅度频率可调的锯齿波发生器
幅度频率可调的锯齿波发生器 本科生课程设计(论文) 第1章 幅度频率可调的锯齿波发生器设计论证 1.1幅度频率可调的锯齿波发生器应用意义 在我们日常生活中,以及一些科学研究中,锯齿波是常用的基本测试信号。在无线电通信,测量,自动化控制等技术领域广泛地应用着各种类型的信号发生器此外,如在示波器、电视机等仪器中,为了使电子按照一定规律运动,以利用荧光屏显示图像,常用到锯齿波产生器作为时基电路。例如,要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形,要求在水平偏转板加上随时间作线性变化的电压——锯齿波电压,使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。而电视机中显像管荧光屏上的光点,是靠磁场变化进行偏转的,所以需要要用锯齿波电流来控制。因此锯齿波发生器是我们在学习,科学研究等方面不可缺少的工具。 1.2幅度频率可调的锯齿波发生器设计的要求及技术指标 设计要求: 1. 现设计并制作能产生锯齿波波形信号输出的函数发生器。 2. 设计电路所需的直流稳压电源。 技术指标: 1. 输出的波形工作频率范围0.02Hz,1kHz连续可调 2. 方波幅值?10V。 3. 波峰峰值20V;各种输出波形幅值均连续可调。 1.3设计方案论证 方案(一) 设计一个集成电路,可以直接对其进行调频调幅。集成电路是一种采用特殊工艺,将晶体管、电阻、电容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件。这种电路的性能好,而且使用能力强,工作范围大。但是这种电路大多采用集成元件,成本较高。并且它的工艺要求较高,焊接等技术要求都很高。因此不易选择此设计方案。 1 本科生课程设计(论文) 方案(二) 设计一个锯齿波发生器和一个稳压源。锯齿波发生电路需要同相输入迟滞比较器和充放电时间常数不等的积分器构成。 锯齿波发生器 R充放电时间不迟滞比较器 等的积分器 锯齿波比较器作用是将输入信号的电平进行比较,然后把比较的结果输出。 稳压源?电源变压器?整流电路?滤波电路?稳压电路 ? ? ? ? 将交流电变将Uo的交降压变压器 稳定Uo 成直流电 流成分滤除 这种设计基于电路简单,性能较为良好,器件选择灵活,并且器件价格便宜。因此本次设计选择此方案。 1.4总体设计方案框图及分析 输出 锯齿波 直流稳压电路 锯齿波发生电路 图1.0 总体设计分析框图 分析:设计锯齿波发生电路来产生方波幅值?10V和波峰峰值20V的锯齿波,并且可以调解输出波形的频率在0.02Hz,1kHz之间,锯齿波发生电路中的迟滞比较器是需要直流稳压电源供电,因此还需要一个稳压电路来提供电压工作。 2 本科生课程设计(论文) 第2章 幅度频率可调的锯齿波发生器各电路设计 2.1幅度频率可调锯齿波电路设计 发生器的电路如图1.1所示, 锯齿波发生电路由同相输入迟滞比较器(A1)与充放电时间常数不等的积分器(A2)两部分构成。 两部分图如下: 图1.1.a 同向输入迟滞比器 图1.1.b充放电时间常数不等的积分回路 3 本科生课程设计(论文) Vi,Vo1Vp1= Vi,R1R3,R4 考虑到电路翻转时,有Vn1?Vp1=0,即得 R3VI=Vth= ,Vo1R4 由于Vo1=?Vth,则可求出上、下门限电压和门限宽度为 R3Vt+= VzR4 R3Vt-= ,VzR4 R3Vt=Vt+-Vt-= (1-1) 2VzR4 若忽略二极管的正向电阻,其振荡周期为 T=T1+T2 2R3R8C2R3(R8||R7)C = ,R2R4R4 2R3R8C(R8,2R7) = R4(R7,R8) R4(R7,R8)f= (1-2) 2R3R8C(R8,2R7) 4 本科生课程设计(论文) 2.2直流稳压源电路设计 在此设计的直流稳压源选择了使用继承稳压元器件。由于锯齿波电路中的迟滞比较器(A1)与积分器(A2)都是双电源供电,因此我们需要LM317与LM337。与78xx和79xx相比输出电压的调节范围大,并且LM337与LM317外接的元件很少。 LM317集成稳压电路图1.2。 M317是常见的可调集成稳压器,最大输出电流为2.2A,输出电压范围为1.25,37V。其接法如下: : 图1.2 集成稳压电路图 1,2脚之间为1.25V电压基准。为了保证稳压器的输出性能,R1应小于240Ω。改变R2阻值即可调整稳压电压值。D1,D2的作用是用于保护LM317。 5 本科生课程设计(论文) R2Uo=()*1.25 (2-1) 1,R1 LM337稳压器是与LM317对应的负压三端可调集成稳压器,它的工作原理和电路结构与LM317的相似。 第3章 幅度频率可调的锯齿波发生器整体电路设计 3.1整体电路图及工作原理 整体电路图如图1.3: 图1.3 整体电路图 工作原理:直流稳压源接通电源,在LM317和LN337为核心的稳压电路正常工作供电,接通开关S1和S2。锯齿波发生电路中,当t=0时电源接通,有Vo1=-Vz,则-Vz经向充电,使输出电压按接线规律增长。当Vo1上升到门限电压Tt使Vp1=Vn1,比较器输出Vo1由-Vt上跳到+Vt,同时门限电压下跳到Vt-值。以后 6 本科生课程设计(论文) Vo1=+Vz经R6和D、R5两支路向C反向充电,由于时间常数减小,Vo迅速下降到负值。当Vo下降到下门限电压Vt-使Vp1?Vn1时,比较输出Vo1又由+Vz下跳到负值。如此周而复始,产生振荡。由于电容C的正向与反向充电时间常数不相等,输出波形Vo为锯齿波电压,Vo1为矩形波电压,如图1.4所示。 图1.4 Vo1、Vo波形图 3.2电路参数计算 锯齿波发生电路中R5,R6=R7=10k,R4=10k,由公式(1-1)及要求的方波幅值?10V,波峰峰值20V,即Vom=20.这样稳压管应使得Vth=10V。并且 R4*V0m 2VthR3=?10Ω。 由公式(1-2)及输出的波形工作频率范围0.02Hz,1kHz连续可调,且公式中其它见参数已定,则R8max=200k。 直流稳压电路中R1=200Ω,其输出电压可调,由公式(2-1)及锯齿波发生器中的比较器741工作电压为?16 1.25*Uo,1 R1R2max=?6k 由于设计的是一个可调的直流稳压源,因此在变位器的阻值范围内可以供给锯齿波电路正常的工作。 7 本科生课程设计(论文) 3.3整机电路性能分析 左端上下各为两个直流稳压电源,它们核心器件为LM337与LM317。他们内部电路有比较放大器、偏置电阻、恒流源和带隙基准电压。能够提供稳定的输出电压,能够带动锯齿产生电路中的比较器正常工作,性能稳定。 锯齿波发生电路由同相输入迟滞比较器(A1)与充放电时间常数不等的积分器(A2)两部分构成。能够长时间稳定提供锯齿波。比较器的电路简单、灵敏度高,但抗干扰能力差。但是迟滞比较器的抗干扰能力大,虽然它的灵敏度差,但两者互补,大大改善单路性能。 第4章 电路仿真 4.1 电路仿真图 1. 锯齿波发生器电路仿真图 1 图1.5 锯齿波发生器电路仿真图 8 本科生课程设计(论文) 2.整体电路仿真图 1.6 整体电路仿真图 ,10v幅度可调以及调试的方便,我们取的R2为6kΩ可调滑动为满足锯齿波0 变阻器,R1=200Ω,稳压管的幅度为5v。 4.2 电路仿真的实验结果分析 电路中采用的是虚拟器件,因此有可能影响仿真结果,由图1.6可知,仿真时锯齿波的最大幅度可达11.2v,比理论值稍大。仿真结果同预期结果大体相同。 9 本科生课程设计(论文) 第5章 课程设计 本次课设设计了幅度可调的锯齿波发生器,主要研究改变发生器的频率,观察复幅值的变化,用集成运算放大器实现的锯齿波发生器电路基本上符合了要求;电路优点:它不仅电路简单,器件选择灵活,而且性能较好,市场价格便宜。 电路的不足之处:电路中通过R引入了深度的负反馈,以保证集成运放工作在2 线性区,在线性区内,差模输入电压的范围特别小,这就限制了集成运放输入电压的幅度,如果想得到更大幅度的锯齿波,则不宜采用这种电路。此外,电路中采用了滑动变阻器,在对电路精度要求严格的场合下,不适合采用此电路。 通过这次课程设计,我不仅把知识融会贯通,而且丰富了大脑,同时在查找的过程中也了解了许多课外知识,开拓了视野,认识了将来的发展方向,使自己的专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。 通过这次亲手设计幅度频率可调锯齿波发生器我又一次复习了一学期来所学的知识,尤其是对信号产生电路有了更深刻的理解,同时我也意识到自己所学的不足,在今后的学习中我将继续努力。 10 本科生课程设计(论文) 参考文献 [1] 陈维新著 《新型使用电路设计制作便查手册》电子科技大学出版社 1993 [2] 沈勇潮 工志功编著 《集成电路设计基础》电子工业出版社 2004 [3] 王培福 《新编线形稳压电源》电子工业出版社 2004 [4] 吕砚出 杨丽华编著 《电子电工计算手册》化学工业出版社 2003 [5] 童诗白 《模拟电子技术基础(第二版)》 高等教育出版社1988 [6] 康华光 《电子技术基础》 高等教育出版社 1988 [7] 陈大钦 《电子技术基础实验》 高等教育出版社 2000 [8] 杨素行 《模拟电子技术基础简明(第二版)》 高等教育出版社 1997 [9] 谭博学 、苗汇静 《集成电路原理及应用》 电子工业出版社 2005 [10] 卜益民《模拟电子技术》 北京邮电大学出版社 2005 [11] 冯民昌 《模拟集成电路基础》中国铁道出版 1995 11 本科生课程设计(论文) 附录 附录1-总体电路图 图1.3整体电路图 12 本科生课程设计(论文) 附录2-器件清单 元件序号 器件名称 元件名称 型号/标称值 数量 1 4支 IN4740A 稳压二极管 2 5支 D1N4001 二极管 3 1支 LM317 三端可调式集成稳压器 4 741 2支 比较器 5 1支 电容 100μf 6 2支 1μf 7 2支 电解电容 1μf 8 R2 6K 1支 变位器 9 R3 10K 1支 10 R8 200K 1支 11 R11 6K 1支 12 R4 10K 1支 电阻 13 R5 10K 1支 14 R6 10K 1支 15 R7 10K 1支 16 R9 10K 1支 17 R10 6K 1支 13
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