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1、. . .模拟电子技术基础课程设计(论文) 幅度频率可调的锯齿波发生器 院（系）名称电子与信息工程学院 专业班级电子信息工程 学号 学生姓名 指导教师起 止 时 间： 2015.7.62015.7.19课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室：电子信息工程 学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目幅度频率可调的锯齿波发生器课程设计（论文）任务任务要求：幅度频率可调的锯齿波发生器常作为时基电路，不同电子产品需要不同频率和幅度的锯齿波，以集成运算放大器为主要器件。由比较器、锯齿波发生电路及电源电路等部分组成。技术要求：1、设计电路所需的直流稳压电源。2、输出波形工作频率范围
2、0.02Hz1kHz连续可调。3、方波幅值10V，波峰峰值20V。4、各种输出波形幅值均连续可调。5、利用Multisim（或EWB）进行电路仿真与调试。指导教师评语及成绩平时成绩： 答辩成绩： 论文成绩： 作品成绩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：平时成绩占20%，答辩成绩占20%，论文成绩占40%，作品成绩20%。.专业资料. . .摘 要随着电子技术的发展和测试用信号源的广泛应用，锯齿波和正弦波、方波、三角波作为常用的基本测试信号，锯齿波电路作为时基电路已在仪器仪表中得到广泛应用。在示波器观测到被测信号的波形，需要在水平偏转板加上锯齿波电压，使电子束沿水平方向均匀扫过荧光屏；电
3、视机荧光屏行场扫描也需要锯齿波电压信号进行扫描控制。因此锯齿波信号产生电路具有广泛的应用意义。本次设计的幅度频率可调的锯齿波发生器，该锯齿波产生电路以集成运算放大器LM324为主要器件，构成迟滞电压比较器和充放电时间常数不等的积分器，实现幅度频率可调的锯齿波发生器。并设计电路所需的直流稳压电源。通过可变电阻阻值的改变，使幅度、频率均可在设计范围内连续可调，以满足不同的电子设备对不同参数的锯齿波信号的要求。本系统采用Multisim仿真软件进行仿真测试。在保证功能的前提下控制器件成本。采用单面印制电路板对整体电路进行合理的布线，并进行焊接与调试。各输出信号均达到设计要求且稳定工作。关键词：锯齿波
4、；迟滞电压比较器；充放电；积分器 目 录第1章 绪论11.1 锯齿波发生器的发展概况11.2本文研究内容1第2章 锯齿波发生器总体设计方案12.1 锯齿波发生器设计方案论证12.2总体设计方案框图及分析1第3章 锯齿波发生器单元电路设计23.1锯齿波发生器具体电路设计23.1.1 直流稳压电源电路设计23.1.2 同相输入迟滞电压比较器电路设计23.1.3 充放电时间常数不等的积分器电路设计43.2 元器件型号选择53.3 参数计算63.4 锯齿波发生器总体电路图7第4章 锯齿波发生器电路仿真与调试84.1 Multisim仿真与调试84.2 仿真结果分析10第5章 锯齿波发生器实物制作115
5、.1 锯齿波发生器电路焊接115.2锯齿波发生器电路作品11第6章 作品测试与数据分析13第7章 总结15参考文献16附 录 I17附 录 II18.专业资料.第1章 绪论1.1 锯齿波发生器的发展概况随着电子技术的快速发展，电子产品的功能日益强大，与人们日常生活的联系日益紧密。电子产品向小型化，精密化的趋势快速发展。任何的电子系统中，信号产生电路都是全系统得以正常工作的基础，也是制约电路处理信号的速度、精度的重要因素。信号源的精度决定着全电子系统的精度。电子技术的发展常常以信号发生技术的进步为基础。常常作为时基信号电路的锯齿波发生电路在信号发生器领域占有重要的地位。例如，要在示波器荧光屏上不
6、失真的观察到被测信号的波形，就要在水平偏转板加上锯齿波电压，使电子束沿水平方向均匀扫过荧光屏。电视机荧光屏的光点是靠磁场控制的，同样也需要锯齿波电压。随着数字电路基础的进步，以单片机为核心部件的数字式函数发生器层出不穷。此外专用的集成芯片在信号源电路中使用的趋势越来越明显，这类电路仅有少部分分立元件和局部集成器件组成，结构简单、性能稳定。但随着半导体工艺的进步，模拟电路的精度也毫不逊色，而且成本相对较低。同样得到广泛应用。 1.2本文研究内容本文研究内容为设计一款幅度、频率均连续可调的锯齿波发生器电路。使用集成运算放大器为主要器件组成迟滞电压比较器和充放电时间常数不等的积分器。设计合适的直流稳
7、压电源电路等核心部件。选择合适的外围分立元件组成锯齿波发生器。通过对调节外围分立元件的参数的调整，实现幅度、频率连续可调。分立元件的数量相对较少，结构简单、性能稳定。技术要求：1、设计电路所需的直流稳压电源。2、输出波形工作频率范围0.02Hz1kHz连续可调。3、方波幅值10V，波峰峰值20V。4、各种输出波形幅值均连续可调。5、利用Multisim（或EWB）进行电路仿真与调试。.专业资料.第2章 锯齿波发生器总体设计方案2.1 锯齿波发生器设计方案论证方案1：利用8038集成函数信号发生芯片及其外设电路产生方波信号再由充放电时间常数不等的积分电路变换成锯齿波输出。方案2：利用迟滞比较器单
8、元和充放电时间常数不等的积分器构成的反馈网络实现锯齿波的产生，通过调节积分器充放电时间常数的差值来调节锯齿波和方波的频率，通过对迟滞比较器反馈电阻的调节来调节迟滞比较器的门限电压的调节进而调节锯齿波的电压幅值，通过电阻分压网络来调节方波电压幅值。比较两种设计方案，与方案1相比，方案2用运算放大器组成迟滞比较器就能满足锯齿波电路在1kHz以下的频率区间工作的性能要求。其结构更加简单、可靠性更高、制作成本低廉、调试更加方便。所以选择方案2。2.2总体设计方案框图及分析如图2.1所示，本锯齿波发生器由与之适配的直流稳压电源供电，由迟滞电压比较器和充放电时间常数不等的积分器构成的反馈网络实现锯齿波电压
9、的输出。由输出的锯齿波信号作为电压比较器的输入信号，电压比较器输出的方波作为积分器的输入信号。由于积分器充放电时间常数不同 所以输出的信号为锯齿波。合理调整迟滞电压比较器的比较门限可以调整锯齿波电压的输出幅度。调整充放电时间常数的差值可以调整锯齿波电压的输出频率。锯齿波反馈信号矩形波供 电供 电直流稳压电源迟滞电压比较器充放电常数不等的积分器锯齿波输出图2.1 总体设计方框图第3章 锯齿波发生器单元电路设计3.1锯齿波发生器具体电路设计3.1.1 直流稳压电源电路设计如图3.1所示，本锯齿波发生器设计要求各波形幅值最大为10V。以此为依据设计稳压电源的输出电压为15V 采用220V 50Hz市
10、电输入。由变压器降压、二极管整流电桥整流、滤波电容C1滤波，变为18V直流电压信号。再由LM7815、LM7915这两个正负电压稳压芯片进行进一步稳压C5、C6、C7、C8用来实现频率补偿，防止稳压产生高频自己振荡和抑制电路引入的高频干扰，C3、C4为电解电容用以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。本电路可以输出稳定的15V电压用于为构成迟滞电压比较器和积分器的集成运算放大器供电。图3.1 直流稳压电源电路原理图3.1.2 同相输入迟滞电压比较器电路设计同相输入迟滞电压比较器以经过反馈通路反馈回来的积分器输出的锯齿波电压信号作为输入信号，与自身输出的矩形波信号进行电压比较。整个单元电路
11、承担着向积分器提供一定幅值和频率的矩形波信号用以产生锯齿波的作用。其输出的矩形波频率受输入的锯齿波频率控制，二者近似相等。所以迟滞电压比较器重要的设计指标为上下门限、门限宽度及输出矩形波电压幅值。其输入和输出的波形对应关系如图3.2所示。ViVT-VTt-VzVzOVo图3.2同相输入迟滞电压比较器输入-输出关系 如图3.3所示同向输入迟滞电压比较由集成运算放大器及电阻反馈网络构成。设运算放大器同相输入端电压为那么存在如下关系 (3-1)设运算放大器的反相输入端电位为由理想运算放大器虚短、虚断的关系可得在电路翻转时存在 (3-2)设门限电压为,门限宽度为。由式（3.1.1）（3.1.3）可得
12、(3-3)由于稳压二极管的存在可得如下关系式 (3-4) (3-5) (3-6) (3-7)图3.3 同相输入迟滞电压比较器电气原理图3.1.3 充放电时间常数不等的积分器电路设计充放电时间常数不等的积分器是整个锯齿波发生器的核心，通过调节充放电时间常数的差值可以实现对锯齿波频率的调节。所以。充放电时间常数至少有一个要可调。实现电容充放电时间常数不同可以用图3.4所示的电路代替与单一的电阻接入RC网络图3.4改变电容充放电时间常数的一种电阻网络如图3.4所示，设二极管均为理想二极管。当输入为正电压时 D5导通D6截止 该电路等效为电阻R5，当输入为负电压时D6导通D5截止，该电路的等效电阻为R
13、6。且R6为电位器其阻止可以人为调节，又有阻容网络的时间常数为RC。所以，该电路可以实现积分器的正反向充电时间常数不等且可调。将图3.4所示的电路网络代替电阻接入由运算放大器组成的反向积分电路中，可以得到正反向充电时间常数不等的积分器。其电路图如图3.5所示。图3.5 正反向充电时间常数不等的积分器3.2 元器件型号选择在直流稳压电源部分，为了得到稳定的电压输出为运算放大器供电。选择L7815 ST和L7815 ST两个三端集成稳压芯片输出15V电压。C5、C6、C7、C8用来实现频率补偿，防止稳压产生高频自己振荡和抑制电路引入的高频干扰，C3、C4为电解电容用以减小稳压电源输出端由输入电源引
14、入的低频干扰。为了保证这两个三端集成稳压芯片的正常工作 应供给输入端18V电压。可以采用两路18V变压器将市电降压。由整流电桥整流、电容滤波产生18V较为平稳的电压信号。考虑到输出电压的幅值和市电10%的波动范围，整流桥由四只1N4007整流二极管组成。滤波电容采用470F电解电容。在迟滞比较器部分，由于该锯齿波发生器的工作频率上限被设定为1kHz。在此频率下工作使用集成运算放大器就能较好的实现比较功能。所以考虑到成本，直接选用LM324集成运算放大器和电阻反馈网络组成迟滞电压比较器。在积分电路部分，选择LM324构成核心的积分电路。由于锯齿波电路要求充电时间尽可能的小。同时还要满足电路电流的限制。所
