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1、 学 号： 课 程 设 计题 目 波形转换电路的设计学 院 理学院专 业 电子信息科学与技术班 级姓 名指导教师2012 年 1 月 23 日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 电信科 xxx 班 指导老师： 工作单位：武汉理工大学理学院 题目：波形转换电路的设计初始条件：直流稳压电源一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求以及说明书撰写等具体要求）1、技术要求：设计一种波形转换电路，要求产生频率可调的方波，并且能够实现方波转换为三角波。测试并且记录下不同频率下的方波和三角波的波形图，以及输出电压值。2、主要任务：（一
2、）设计方案（1） 按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较；（2） 以集成电路运算放大器 LF353 为主，设计一种波形转换电路（实现方案） ；（3） 依据设计方案，进行预答辩；（二）实现方案（4） 根据设计的实现方案，画出电路图；（5） 查阅资料，确定所需各元器件型号和参数；（6） 在面包板上组装电路；（7） 自拟调整测试方法，并调试电路使其达到设计指标要求；（8） 撰写设计说明书，进行答辩。3、撰写课程设计说明书：封面：题目，学院，专业，班级，姓名，学号，指导教师，日期任务书目录（自动生成）正文：1、技术指标；2、设计方案及其比较；3、实现方案；4、调试过程及结论；5、心得体会；
3、6、参考文献成绩评定表时间安排：课程设计时间：20 周21 周20 周：明确任务，查阅资料，提出不同的设计方案（包括实现方案）并答辩；21 周：按照实现方案进行电路布线并调试通过；撰写课程设计说明书。指导教师签名： 年 月 日系主任（或负责老师）签名： 年 月 日 武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书 0波形转换电路的设计1 技术指标设计一种波形转换电路，要求产生频率可调的方波，并且能够实现方波转换为三角波。测试并且记录下不同频率下的方波和三角波的波形图，以及输出电压值。2 设计方案及其比较2.1 方案一先设计一 RC 正弦波振荡器产生一频率可调的正弦波，再用过零比较器将其转换为方波
4、，最后用积分器将方波转换为三角波，整个电路由三部分组成。1）RC 正弦波振荡器，电路如下图所示：R11kR22.1kC1uFC1uF32 184 U1:ALF353 B212VB312V50%R1k50%R1k图 2.1 RC 正弦波振荡器, 该电路利用自激振荡产生正弦波，其频率为 f=1/2 RC，故调节滑阻 R 即可实现频率调节，并且由幅值平衡条件可算出 ,输出电压的幅值由运算放大器两端的偏置电压2R1决定。2）将所产生的正弦波转换成方波，电路如下图所示： 武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书 1D1DIODED2DIODER11k R21kD3DIODED4DIODE32 18
5、4 U1:ALF353B112VB212VVi Vo图 2.2 过零比较器上图为一过零比较器，由于运算放大器的放大倍数很大，可近 似为无穷大。当输入信号 Vi0 时，输出信号 Vo 趋于负无穷大；当 Vi0。当 越来越正，直到比CVc还大时，输出电压立即从正的饱和值 翻转到负饱和值 。如此循环下去即可形OHFV OL成方波输出，根据一阶 RC 电路的三要素法有(6)poCCpoVt t0ln充输出方波高电平的时间间隔为(7)FRCFRFVRCT OHOHL 1lnlln1输出方波低电平的时间间隔为(8)COLL1lnl2则方波的周期为 FRTl21故其频率可由滑阻 R 调节，输出方波的幅值由运
6、放所加偏置电压确定。该电路的后半部分为一积分器，由运放、电容和电阻组成，利用“虚短”和“虚断”两条法则求 Vo2-Vo1 的关系，有(9)0PNV(10)dtVCdtCtdi ooC 22)(由节点电流法可知 RidtVoo21（11）tRCoo12（12）由上式可知 Vo2-Vo1 为积分关系，当 Vo1 为定值时，电容将恒流充电，输出电压为，由此可知 Vo2 与时间 t 呈线性关系，当输入由方波发生器产生的方波信tVo/12号 Vo1 时即可产生频率与方波信号相同的三角波信号 Vo2。该电路所采用的运算放大器为 LF353，为一双运放，其引脚图如下图所示： 武汉理工大学专业课程设计（一）
7、课程设计说明书 7图 3.2 LF353 引脚图如图所示，LF353 由两个运放组成，故接线时只需使用一组引脚，且不能交错使用。电路中的电容 C 可在方波比较器中产生延迟环节，使得反相端的电压不能突变，由此产生方波。滑动变阻器 R 可以调频并作为方波发生器中的负反馈环节，电阻 R1 和 R2则作为正反馈环节。电容 C1 和电阻 R3 为积分器的组成部分，可以决定三角波的幅值。布线图如下图所示：图 3.3 布线图4 调试过程及结论调试过程：开始实验后，首先连好地线，调节正负电源，用示波器监测输出端 Vo1和 Vo2 的波形，适当调节灵敏度开关和扫描速率后即可观察到一个方波信号和一个三角波信号，频
8、率相等，调节滑动变阻器 R 可观察到方波和三角波的频率同时发生变化，随后便根据要求测量出几组频率并利用公式 算出了相应的理论值，发现理论值和Cf2/1测量值相差较大，由于原来 R1 和 R2 都使用 1k的电阻，阻值相对较小，故尝试将其换成 10k的电阻再进行测量，得到的几组数据都和理论值相差不大，波形也只有轻微程度 武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书 8的失真。实验数据计算如下：第一组：测量值 HZusf71420理论值 ZuFkRC608.2.8第二组：测量值 sf05理论值 Hk91.2第三组：测量值 Zusf240理论值 kFk3.波形图如下所示：图 4.1 第一组波形图
9、武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书 9图 4.2 第二组波形图图 4.3 第三组波形图设计结论：该电路中的方波发生器可产生频率为 的方波，且能由电路中的RCf21积分电路将方波信号转换成同频率的三角波信号。5 心得体会这次课程设计让我获益匪浅，第一次独立设计这种较大的电路，这对自己对所学的知识是一个严峻的考验，要完成这样一个设计，就不得不加深对课本上所学知识的理解，并要查阅其他资料， 从对最开始驻足于第一个方案到最后设计出三个不同的方案并反复进行仿真，这之间耗费了很多的时间和精力，也遇到了从未遇到过的挑战，虽然过程很艰辛，但我对原本所学知识那模糊不清的理解也深刻了很多，也了解了很多
10、电路工作的原理，而不是像原来只知道其作用而不清楚工作原理，这对今后的学习是有很大帮助的，并且由于要设计出三个方案，这对自己的创新能力和思考能力也是一个很大的挑战。在参数计算以及仿真过程中也遇到很多问题，这就不得不进一步的加深对实验电路的理解，以分析出问题所在并一一解决，最后仿真出比较理想的波形，这过程不仅帮助了我加深理解，并对之后的调试也也有很大帮助，由于之前的经验，在调试过程中遇到问题后能在第一时间内找到解决办法，而不是像第一次遇到问题时那样干着急，这帮我节省了很多调试时间并在短时间内调试完毕，处理问题的能力得到了很大的提升。从刚接到任务书时的担忧到后来越来越有信心，答辩和调试都超乎想象的顺
11、利，后来帮别人分析电路时思路也变得很清晰，这都归功于这次的课程设计，虽然付出了很多，但所学到的东西将让我受益一生。 武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书 106 参考文献1吴友宇.模拟电子技术基础.北京：清华大学出版社，2009.233-277.2童诗白，华成英.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2006.405-409. 本科生课程设计成绩评定表姓 名 性 别 男专业、班级 电信科 xxx 班课程设计题目：波形转换电路的设计课程设计答辩或质疑记录： 问：简述三个方案的工作原理答：方案一首先利用自激振荡产生正弦波，其中滑动变阻器可以调节频率，再用过零比较器将所产生的正弦波转换为
12、方波，最后用积分电路将方波转换为三角波。方案二直接利用方波发生器产生方波，滑动变阻器 R 可以调节频率，然后利用电容充满电需要一定时间的特性适当设置电容和电阻的值使充满电所需时间小于方波周期的一半即可产生三角波。实现方案同方案二一样直接利用方波发生器产生方波，用滑阻调节频率，再用方案一中的积分电路将方波转换为三角波。成绩评定依据：评定项目 考察点 分数 所占比例 折合分数 总成绩（百分制）方案设计及预答辩设计方案的合理性答辩 30电路布线及调试电路布线的合理性电路的调试 30说明书及答辩说明书撰写的规范性答辩 40最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日 武汉理工大学专业课程设计（一） 课程设计说明书 目录1 技术指标 .12 设计方案及其比较 .12.1 方案一 .12.2 方案二 .52.3 方案比较 .73 实现方案 .74 调试过程及结论 .105 心得体会 .106 参考文献
