课程设计报告课程名称： 应用电子技术基础课设 设计题目： 方波/三角波振荡电路 系 别： 机械工程与应用电子技术学院 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 131班 学生姓名: 郭成成 学 号: 11013108 指导教师: 肖日东 2014年 月 日16目 录 1摘要12方波/三角波振荡电路方案22.1原理框图23各组成部分的工作原理33.1 方波发生电路的工作原理33.2 方波-三角波转换电路的工作原理43.3总电路图74.用Multisim10电路仿真84.1输出方波电路的仿真84.2三角波电路的仿真95.电路的制作及实验测试.6仪器仪表清单137参考文献138.收获和体会13摘 要在人们认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的电子信号进行测量，因而如何根据被测量电子信号的不同特征和测量要求，灵活、快速的选用不同特征的信号源成了现代测量技术值得深入研究的课题。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和实验测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。波形发生器就是信号源的一种，能够给被测电路提供所需要的波形。传统的波形发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，不能根据实际需要灵活扩展。随着微电子技术的发展，运用单片机技术，通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波、方波、三角波、锯齿等幅值可调的信号。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小，输出稳定，可靠性高，特别是操作简单方便。本电路为方波/三角波振荡电路，在uo1输出端输出方波信号。在uo2输出端输出三角波信号。该电路的大致原理是通过将滞回电压比较器的输出信号通过RC电路反馈到输入端，即可组成矩形波信号发生器。然而，三角波电路由方波电路演化而来，方波电压经过积分电路产生三角波。其优点是制作成本低，电路简单，使用方便，频率和幅值可调，具有实际的应用价值。该电路可延伸为函数（波形）信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途作为测控专业的学生，对方波三角波振荡电路的设计，仿真，制作已成为最基本的一种技能，也是一个很好的锻炼机会，是一种综合能力的锻炼，它涉及基本的电路原理知识，仿真软件的使用，以及电路的搭建，既考验基础知识的掌握，又锻练动手能力。2方波、三角波方案2.1原理框图电压比较器电路方波积分电路锯齿波积分电路三角波 图1 方波/三角波振荡电路的原理框图该电路由第一级N1组成迟滞电压比较器，输出电压uo1为对称的方波信号。第二级N2组成积分器，输出电压u。为三角波信号。通过改变方波的占空比不仅可以得到锯齿波，还可得到额外的矩形波。然后将各种信号通过比例放大电路得到需要幅值；峰峰值的信号波该电路用的是UA741高增益运算放大器，uA741I，uA741M，uA741C（单运放）用于工业，军事，和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。uA741I，uA741M，uA741C（单运放）芯片引脚和工作说明如下：1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源 8空脚。3各组成部分的工作原理3.1 方波发生电路的工作原理图6 滞回比较器 图7 电压传输特性 方波工作原理：图6为一种电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R3起限流作用，R1和R2构成正反馈，运算放大器当UpUc时工作在正饱和区，而当UcUp时工作在负饱和区。从电路结构可知，当输入电压U小于某一负值电压时，输出电压U。= -UZ；当输入电压U大于某一电压时，uo= +UZ。又由于“虚断”、“虚短”Up=Uc=0，由此可确定出翻转时的输入电压。up用ui和uo表示，有=un=0得此时的输入电压Uth称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图7所示。设输入电压初始值小于-Uth，此时uo= -UZ ；增大ui，当ui=Uth时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小ui ，当ui= -Uth时，运放则开始进入负饱和区。单一的方波电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，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+Uz,此时滞回电压比较器的门限电压为UTH2。输出信号通过R对电容C正向充电，充电波形如图3箭头所示。当该电压上升到TH2时，电路的输出电压变为UZ,门限电压也随之变为UTH1，电容C1经电阻R放电。当该电压下降到TH时输出电压又回到+Uz，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。充放电波形 OUTH1UTH2 图方波信号发生波形3.2 方波-三角波转换电路的工作原理电路组成：（1） 积分运算电路 积分运算电路如图10所示 图10 积分运算电路由于“虚地”，U-=0,故： Uo=-Uc由于“虚断”，i1=iC, 故： Ui=i1R=icR得：； = RC（积分时间常数）由上式可知，利用积分电路可以实现方波三角波的波形变换。3.3整体原理概述：如图1所示为由集成运放构成的方波和三角波发生器电路，如图2所示为由集成运放构成的方波和三角波发生器的输出波形图。在图1所示的电路中，第一级N1组成迟滞电压比较器，输出电压uo1为对称的方波信号。第二级N2组成积分器，输出电压u。为三角波信号。 (1)(2)下面简述此方波三角波发生器电路的工作原理。设稳压管的稳压值为Uz，则电压比较器输出的高电平为+Uz，低电平为Uz，由图1可得，N1同相端的电压为由于此电压比较器的u=0，令u0，则可求得电压比较器翻转时的上、下门限电位分别为比较器输出Uz经电位器RP分压后，加到积分器的反相输人端。设分压系数为n，则积分器输入电压为nUz，反相积分器的输出电压为依据上述原理，得出以下计算结果：思考题：1 怎样修改电路才能改变输出方波的振幅？2 有几种办法可以改变输出信号的频率？3 如何修改电路可使uo2输出锯齿波信号？答：（1）改变Uz可改变输由电压u01的幅度；（2） 改变R1/R2的比值，可改方波、三角波的周期或频率，同时影响三角波输出电压的幅度，但不影响方波输出电压的幅度；改变而和RC，可改变频率，而不影响输出电压的幅度;(3)积分电路的反相输入端电阻r3分为两路，使正，负向积分时间常数大小不同，故两者积分速率不等。具体电路及模拟如下：得到的锯齿波形如下图：4.用Multisim10电路仿真4.1输出方波电路的仿真 用Multisim10电路仿真软件进行仿真。从Multisim10仿真元件库中调出所需元件，按电路图接好线路，方波输出端接一个虚拟的示波器，接通电源后，可得如图10所示的输出方波仿真图。图10 输出方波电路的仿真4.2三角波电路的仿真方法同输出方波电路的仿真方法，将线接到u即可得图11所示的方波转三角波波形仿真图。 图11输出三角波电路的仿真整体模拟电路图(注：稳压二极管选择6.2v约等于6v)由整体电路及模拟分析UZ本应该为6v，但因选择6.2v的稳压管，再加上有一定的误差，因此，模拟出来的是方波为幅值为6.575v,三角波幅值为3.267v,满足U(0)=R(1)/R(4)*U(Z)=3v,如图，周期约为61.299ms约等于0.06s.所以，模拟值基本符合理论值。5电路的制作及实验测试6仪器仪表清单 元件清单如表1所示元件序号型号主要参数数量备注（价钱）电阻6.8k、10 k、20k,150 k、3.9 k1、1、11、10.1元芯片UA74121.5元滑动变阻器 150 k10.5元电容 100nf10.5元稳压管 3.3V20.25元焊接板12.0元导线13元表1 元件清单7参考文献 施良驹 集成电路应用集锦电子工业出版社，1988，6 何希才，白广存 最新集成电路应用300例科学技术文献出版社，1995 庄效恒，李燕民 模拟电子技术机械工业出版社，1998，28收获及体会通过这次实践课程的学习、设计、及电路搭建，使我我感触颇深。让我对抽象的理论有了具体的认识。通过对方波/三角波的设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、搭建方法；以及如何提高电路的性能等等。我还深刻的体会到如何去自己解决实际问题，而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！