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1、函数波形发牛器设计报告设计时间：2013年12月25日班 级：12级应电（1）班姓 名：苏建邦报告页数：13页广东工业大学课程设计报告设计题目函数波形发生器成绩评定教师签名设计任务与要求三角波和设计用分立元件和集成运算放大器制作能产生方波、锯齿波的发生器。产品指标及技术要求：基本指标：输出频率：10Hz10kHz连续可调；输出电压 Vppn 20V电路工作电源：可在 1215V 范围内工作.电路拓展：增加正弦波发生电路，输出 10Hz10kHz 连续可调；输出电压 Vpp 20V。设计方案及比较（设计可行性分析）方案一： 利用 555 定时器构成的无稳态电路产生方波， 再用 RC振荡回路构成三
2、角波，调节充放电时间构成一个锯齿波，经过有源二阶低通滤波器产生正弦波。方案二：利用ICL8038 这种专门产生波形的芯片产生特定的方波，三角波和正弦波。方案三：利用741 这种运算放大器构成迟滞比较器产生方波，经过一个积分回路产生三角波，再经过一个低通滤波器产生正弦波。对比上述三种方案，方案一中 555 构成的无稳态电路虽然能够产生方波，但是是一个正脉冲，不算是真正的方波，至于后面的电路出来都不算是一个交流信号。而方案二中 ICL 工作条件过高，并且价格较为昂贵，成本远远高于所想获得的收益。方案三，个人认为较为可行，LM741芯片在目前市场上不算十分 的昂贵，较为低廉，并且是一款通用的运放，产
3、生的电路便于 修改。三、系统设计总体思路本次设计中利用LM741作为主要的核心运放，首先利用一个 LM741构成迟滞比较器，通过一个稳压二极管构成的对管控制 产生出来方波的峰峰值，然后通过改变反馈电阻阻值达到调节 波形变换的频率。方波输出到一个积分回路经过积分运算后得 到一个三角波，然后通过一个二阶低通滤波器得到正弦波，达 到本次实验的要求。四、系统原理框图及工作原理分析系统原理框图如下：迟滞比较器 一方满 积分电路f三角波一寸嘴券|正弦）工作原理分析：运算放大器A1与电阻R2, R3构成同相输入施密特触发器（即迟滞比较器）。运算放大器A2与R5、C1构成积分电路。两者构成闭合回路。由于电容C
4、1的密勒效应，在A2的输出得到线 性度较好的三角波。A3为二阶低通滤波器，它将三角波换为正 弦波。五、系统电路设计及参数计算，主要元器件介绍及选择以及数据指标的测量运算放大器A1与电阻R2, R3构成同相输入施密特触发器（即迟滞比较器)。运算放大器A2与R5、C1构成积分电路。两者构成闭合回路。由于电容C1的密勒效应，在A2的输出得到线 性度较好的三角波。振荡周期：T 4R2R5C1R3输出方波幅度：UO2 | Uz |式中，Uz为稳压二极管的稳定电压。输出三角波幅度：R2Uo2 |Uz |R3A3为二阶低通滤波器，它将三角波换为正弦波。三角波的傅立 叶级数展开为：811U ( t) Um s
5、in t - - sin 3 t - sin 5 t - )2925其中，Um是三角波的幅值。根据上式可知，低通滤波器的通常截止频率应大于三角波的基波频率且小于三角波的三次波频率。主要元器件介绍及选择以及数据指标的测量：LM741 :LM741 (单运放)是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用.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。LM741封装管脚图如下：OFFSET NULLHIV. INPUTOUTPUTOFFSET NULLNOM4HV. IfIPUTLM741的引脚说明：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Absolut
6、e Maximum Ratings 绝对最大额定值参数项目数值单位电源电压CA741C, CA1458, LM741C,LM145836VCA741, CA1558, LM74144VDifferential Input Voltage差分输入电压30Vnput Voltage输入电压种类+/-Maximum Junction Temperature (Plastic Package)最大结温(塑料包装)-150CMaximum Junction Temperature (Can Package)最大结温(金属罐封装)-175CTemperature Range 工作温度范围CA741, CA
7、1558, LM741-55 -125CCA741C, CA1458, LM741C,LM14580-70C运算放大器好坏的判定:T2V按上图接线，利用电压跟随器电路依次检查运算放大器好坏。在运算放大器的同相输入端接入直流电压信号和电压（-5V+5V ）,该信号可有直流电压提供。若运算放大器输出电压U。和输入电压U相等，则可认为该运算放大器是正常的。稳压二极管:介绍：稳压二极管，英文名称Zener diode ,又叫齐纳二极管。此二极管是一种直到临界反 向击穿电压前都具有很高 电阻的半导体 器件.在这临界击穿点上， 反向电阻降低到一 个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二
8、极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为 稳压器或电压基准 元件使用.稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定 电压。Vz-稳定电压:指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而 略有改变。由于制造工艺的差别，同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。Iz稳定电流指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。低于此值时，稳压管虽并非不能稳压,但稳压效果会变差；高于此值时，只要不超过额定功率损耗，也是允许的，而且稳压 性能会好一些，但要多消耗电能。最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即 Pzmax=Vz*Izmax 。而 Izmi
9、n 对应 Vzmin 。Rz一动态电阻 指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。该比值随工作电流的不同而改变，一般是工作电流愈大，动态电阻则愈小。例如，2CW7c稳压管的工彳电流为 5mA时，Rz为18Q ;工作电流为10mA 时，Rz为8a为20mA 时，Rz为20。Rz=DVz/DIz , Rz愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。Pz一额定功耗由芯片允许温升决定，其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。Ctv电压温度系数是说明稳定电压值受温度影响的参数。IR反向漏电流指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。常用故障：稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这3种故障中，
10、前一种故障表现出电源电压升高； 后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。使用芯片及元件:名称参数数量（个）心片LM7413电阻10k10电容100nF36.2V稳压二极管ZMM6V22IC插座一3跳线一6六、画出电路原理图及PCB图本次实验电路原理图如下：七、产品制作及调试本实验采用洞洞板进行焊接，利用 LM741作为主要的核心运 放，用一个稳压二极管构成的对管控制产生出来方波的峰峰值， 通过改变反馈电阻阻值达到调节波形变换的频率。用一个积分 回路实现方波转变三角波，然后通过一个二阶低通滤波器得到 正弦波。检查电路的焊接情况，确保没有接错或者虚焊。调好直流电源, 连接电路板，用示波器分
11、别测试三个输出端，观察记录三种波形。观察的同时，改变电阻的阻值，观察幅值和频率的改变八、实验结果和数据处理1 charj 口* 2800-17K491HZH2WHIN5ms T CH2 EDGE J：0.000 S :：_ 工.! 一 一 ，图一- IVF*帛 K 12122 TH 亦 JI图二图三波形频率/Hz峰峰值/V波形图方波175.8-413.918.6-19.2图一三角波159.8-414.89.20-21.6图二正弦波165.3-407.21.60-9.52图三（其中方波的幅值缺陷斜率约为士 2V/3ms=0.67V/ms）九、结论（设计分析）基本达到了实验的幅值要求，实现了波形的
12、转换和调频两项功能。排版较为简单合理，但是因为运算放大器引脚有焊接难度, 造成焊接面采用跳线，不大美观。在本次课程设计中，我们深刻地体会到 甯到用时方恨少”这一简单的道理，平时我们往往 是匆匆的为了应付考试而学习，没有深刻地实践每个简单的电路，造成早期找不到相对应地资料。并且在本次课程设计中，没有和队友分配好任务，失去很多交流机会。希望在今后学习中多点自主学习，多做实验，只有学有所用才会真正的学到我们要的知识，才不会在以后找工作中手忙脚乱，并且在以后的实验或课程设计或比赛中，选好队友，分配好任务，更快地完成任务。十、 问题与讨论1. 本次使用的 LM741 为单运放， 在洞洞板上不易焊接和修改
13、。2. 电路的外接线稍欠缺，不方便测量，可以改进提高。3. 二极管和滑动变阻器电阻的改变实现了幅值和频率的改变，但是可变电阻不方便调节且改变效果还不够明显。4. 波形有略微失真，不排除仪器的影响，也可能是接触问题，或者电路本身产生的误差。对此， 我想应该通过PCB 板会更加容易焊接， 失真度会降低很多。电路的电源和相应波形的测量应该采用跳针形式比较好，利于鳄鱼夹夹头的夹紧。滑动变阻器应该采用更加精度的，二极管也是这样，可以采用开关转换二极管稳压值改变幅度。对于实验中波形失真，虽然仪器是有影响，但是更多的是自身的问题，比如采用的电容电阻的误差还有焊接时焊锡的好坏。参考文献：【 1】模拟电子技术基本教程，华成英，清华大学出版社【 2】模拟电子技术基础，华成英童诗白，高等教育出版社【 3】电工与电子技术实验教程，彭瑞蒋力立，武汉大学出版社
