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1、个人收集整理 仅供参考学习课程设计名称： 电子技术课程设计 题 目：信号发生器设计学 期：2013-2014学年第2学期专 业：班 级：姓 名：学 号：指导教师：课程设计任务书一、设计题目集成运放应用电路设计二、设计任务请使用一片LM324或其他四运放芯片，实现下述功能（整体框图见下图）：1.使用运放，产生一个三角波信号U1，峰峰值为4V，频率为5KHz。2.使用仿真软件中低频信号源输出一个正弦波信号U2，频率为500Hz，峰峰值为200 mV。3.设计一个比例加法器，输出信号为U3，U3 = U1 + 10U24.设计一个滤波电路，使其可以最大限度地滤除5KHz的分量，保留500Hz的分量，
2、输出结果为U4，其峰峰值为45V可调。文档来自于网络搜索5.设计一个比较器电路，对U1和U4信号进行比较，输出信号为U5，峰峰值为3V。要求运放使用+12V单电源供电。三、设计计划电子技术课程设计共1周。第1天：针对选题查资料，确定设计方案；第2天：方案分析比较，电路原理设计，进行元器件及参数选择；第34天：电路仿真，画电路原理图,要求至少用Multisim；建议使用TINA-TI。第5天：编写整理设计报告，格式必须准确。四、设计要求1. 画出整体电路图。2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。抓图背景为白色。3. 写出设计报告书。1 方案论证1.1 方案一1.2 方案二
3、1.3 方案三2 实验原理2.1三角波发生电路2.1 信号源发生器2.3 同相比例加法器2.4 有源二阶低通滤波电路2.5 电压比较器3各单元电路设计及参数计算3.1三角波发生电路及参数计算3.2同相比例加法器及参数计算3.3有源二阶低通滤波电路及参数计算3.4电压比较器电路及参数计算4 仿真5设计总结参考文献9 / 9摘要本课程设计使用一片四运放芯片，首先通过其中一片运放构成滞回比较器并产生周期的三角波信号，然后使用同相比例运算电路，将三角波信号与仿真软件中电压源输出的正弦信号相叠加，再通过低通滤波电路进行滤波，过滤掉不想要的频率信号，最后通过比较器输出信号。文档来自于网络搜索本实验通过一片
4、四运放芯片，组成了滞回比较器，同相比例电路，滤波电路和电压比较器，充分应用了运放的功能，考察了我们对运放电路的综合认识，同时是我们接触并认识了仿真软件的应用。文档来自于网络搜索关键词：信号源；三角波发生器 ；比例加法器；滤波器；比较器1 方案论证1.1方案一采用单片机编程的方法来实现（如51单片机和D/A转换器，再滤波放大），通过编程的方法控制波形的频率和幅值，而且在硬件不变的情况下，通过改变程序来实现频率变换，但其结合比较复杂，不容易构造。文档来自于网络搜索1.2方案二由于任务要求必须使用4个LM324完成，因此本方案将滤波电路改为无源低通滤波电路器将5kHz的波形滤掉，而保存500Hz波形
5、。但是，无源低通滤波电路适用于高频电路例如：整流电路，对信号的滤除作用较小或不明显。因此，本方案不合要求，故不能使用此方案。文档来自于网络搜索图1-11.3 方案三首先用LM324构成方波发生电路，在使用无源积分电路将方波积分后变为三角波，然后将此三角波与正弦波（频率500Hz，振幅200mV）通过同相比例加法器合成。接着，用LM324构成有源低通一阶滤波电路将高频信号去除留下低频信号。最后，将低频信号和三角波通过电压比较器进行比较输出，其波形为矩形连续波形。本方案既节省运放，而且波形输出效果较好，故使用本方案进行。其流程框图如下。文档来自于网络搜索图1-22 实验原理2.1三角波发生电路因为
6、矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以滞回电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就是要求输出的两种状态自动的相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。电路如图所示。 文档来自于网络搜索滞回比较器的输入电压经电阻R1加在集成运放的反响输入端，参考电压经电阻R2接在同向输入端，此外从输出端通过电阻引回同向输入端。限流电阻R和背靠背稳压管的作用是限幅，将输出电压的幅度限制在UZ。文档来自于网络搜索滞回比较器输出电压=UZ,阈值电压根据电容电压波
7、形，在二分之一周期内，电容充电的起始值为-UT，终止值+UT，时间常数为R3C时间趋于无穷是电压趋于+UZ，利用一阶RC电路三要素法可求出在输出端加无源积分电路，输出得到周期的三角波信号，三角波的峰峰值为电路如图所示。图2-12.2信号源发生器如图所示，信号源为频率为500Hz且峰峰值为200mV的正弦波。图2-22.3同相比例加法器当多个输入信号同时作用于集成运放电路的同相输入端时，就构成了同相求和运算电路，如图所示。图2-3根据, 即虚断与虚短。节点P的电流方程为,即同相输入端电压其中。得出 =其中。当时，。2.4有源二阶低通滤波电路图2-4图示为压控电压源二阶低通滤波电路，压控电压源二阶
8、低通滤波电路既引入了负反馈，又引入了正反馈。当信号频率趋于零时，由于C1的电抗趋于无穷大，因而正反馈很弱；当信号频率趋于无穷大时，由于C2的电抗趋于零，因而趋于零。文档来自于网络搜索设计计算公式如下：通带放大倍数为截止角频率： （取）( )2.5电压比较器如图所示，为一般单限比较器，为外加参考电压。根据叠加定理，运放反相输入端电位为图2-5令求得阈值电压为3各单元电路设计及参数计算3.1三角波发生电路及参数计算图3-1 三角波发生电路由于信号发生器所用运放均为单电源供电，因此须对原理公式进行变形。已知：，。 因为无源积分电路存在能量损失，且有电阻的分压，所以使用稳压管1N4623，UZ =4.
9、3V。 由频率公式，f=5KHz,可设=1k,求得C=20nF。(此为理论计算值，图中所标为调试后的参数值) 输出波形如图图3-2 （T=0.4ms）逐步改变R1的值，并调节电容充放电回路参数，得到方波输出波形如下。图3-3（T=0.3ms，R3=300,C1=40nF,R1,R2不变）图3-4（R1=200K,C1=40nF,R3=300,R2=1K）分析三角波电路。当矩形波输出波形保持不变时，观察改变电路充放电回路参数C2R4的值对三角波的影响。图3-5（R4=500,C2=10nF）图3-6（R4=800,C2=20nF）图3-7(R4=1k，C2=100n) 随着R4C2值的增大，电容
10、充放电时间减少，使输出波形越近似为三角波，为保证三角波的频率和幅值满足要求，取三角波产生电路参数如三角波产生电路图所示，文档来自于网络搜索R1=200K,R2=1K,R3=300,R4=800,限流电阻R5=100,C1=40nF,C2=30nF,为保证三角波的幅值接近4V，使用1N4623型稳压管，稳压值Uz=4.3V。文档来自于网络搜索3.2同相比例加法器及参数计算图3-8设 因此可省略R3，且有由要求得，取R2=1K,得出R1=Rf=10K。 其输出波形为两列波倍数叠加，如图所示图3-93.3有源二阶低通滤波电路及参数计算图3-10电路如图所示,取，,要滤除5KHz的信号，并保持500H
11、z的部分，因此取截止频率=800Hz,同时假设电压增益，则，即开路，由此计算：文档来自于网络搜索,取R=1K得C=199.04nF，=2K ，其输出如图所示图3-113.4电压比较器电路及参数计算图3-12电压比较器电路如图所示，采用双端输入比较器，为使输出电压峰值为3V，稳压管使用，1N4728其稳压值为3.3V，选择R13=1k。文档来自于网络搜索4仿真 仿真三角波发生电路产生的波形如下图所示。图4-1 方波图4-2 三角波如图分别为同相求和电路输出图4-4 同相求和运算电路输出U3 如图为信号源输出波形 图4-4 信号源如图，为有源二阶低通滤波电路输出波形。图4-5 滤波电路输出电压如图
12、为电压比较器输出波形。图4-6 电压比较器输出U5波形将电路各部分按产生的顺序，组合得到总电路设计图，如图所示5 设计小结在设计电路的过程中，遇到的最困难的地方，就是通过仿真软件调试电路参数，第一一次调试时，由于只注重三角波的产生，而忘记控制频率的范围，导致三角波的频率远远低于5KHz，滤波时无法将其过滤掉，出现了严重的错误。文档来自于网络搜索 由于急于完成设计任务，开始时所有的电路图和波形图，都是直接用截图的方式得到的，后期发现违反了课设的要求，浪费了大量的时间纠正错误。让我深刻地体会到，先搞懂题目要求的重要性，不过在更改过程中发现Tina中的电路图，波形图以及Visio中的框图可以直接粘贴
13、在Word中，因此我也学到了更多的应用技巧。文档来自于网络搜索 通过设计仿真信号发生器的各部分电路，能够明显发现理论值与实际仿真值存在巨大差异，这充分告诉我们在设计各种功能的电路时，实际值可能远远偏离理论值，因此我们不能认为理论值就是正确无误的，需要正确的看待实际与理论之间的联系与区别，依据实际情况对理论进行改正，同时，理论值的计算并不是一无是处的，它可以使我们更加靠近实际值，并且帮助我们分析问题所在。文档来自于网络搜索参考文献1 童诗白,华成英.模拟电子技术基础M.第四版.北京:高等教育出版社, 2012.2 邱关源.电路M.第五版.北京:高等教育出版社, 2012.3 孙肖子,张启民,(等).模拟电子电路及技术基础M.第二版.西安:西安电子科技大学出版社, 2012.文档来自于网络搜索4 高明浦,杨勇,孔令斌. 二阶压控电压源滤波器的设计:D.武汉:中国地质大学（武汉）物理系, 2010.文档来自于网络搜索5 王昊，李昕.集成运放应用电路设计360例M.北京.电子工业出版社,2007.
