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1、辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）辽 宁 工 业 大 学电子技术基础课程设计（论文）题目：幅度频率可调的锯齿波发生器院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间： 目 录第1章 幅度频率可调锯齿波发生器设计方案论证11.1幅度频率可调锯齿波发生器的应用意义11.2幅度频率可调锯齿波发生器设计的要求及技术指标11.3设计方案论证11.4总体设计方案框图及分析2第2章 幅度频率可调锯齿波发生器各单元电路设计32.1迟滞比较器电路设计32.2积分器电路设计42.3直流稳压电源电路设计5第3章 幅度频率可调锯齿波发生器整体电路设计63.1整体
2、电路图及工作原理63.2电路参数计算83.3整机电路性能分析9第4章 设计总结9参考文献9第1章 幅度频率可调锯齿波发生器设计方案论证1.1幅度频率可调锯齿波发生器的应用意义在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波是常用的基本测试信号。在无线电通信，测量，自动化控制等技术领域广泛地应用着各种类型的信号发生器此外，如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转板加上随时间作线性变化的电压锯齿波电压，使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。而电视机中显像管荧光屏上的光点，
3、是靠磁场变化进行偏转的，所以需要要用锯齿波电流来控制。因此锯齿波发生器是我们在学习，科学研究等方面不可缺少的工具。1.2幅度频率可调锯齿波发生器设计的要求及技术指标设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规
4、律摆放各电路，并标出必要的说明。功能要求：输出的波形工作频率范围0.02Hz1kHz连续可调；方波幅值10V。波峰峰值20V；各种输出波形幅值均连续可调。1.3设计方案论证幅度频率可调锯齿波发生器电路可由集成运放构成，也可以由集成函数发生器8038构成，还可以由555定时芯片构成的自举电路产生。本次设计采用的是集成运放构成的电路。1.4总体设计方案框图及分析一、锯齿波发生器锯齿波发生器迟滞比较器RC充放电电路如图所示，主要由迟滞比较器和RC充放电电路组成。比较器属于信号处理的一种，主要用于比较输入信号的电平，并将比较的结果输出。其特点是：当输入增大及减小时，两种情况下的门限电压不相等，传输特性
5、呈现出“滞回”曲线的形状。二.直流稳压电源 常用电子仪器或设备（如示波器、电视机等）所需要的直流电源，均属于单相小功率直流电源（功率在1000W以下）。它的任务是将220V、50Hz的交流电压转换为幅值稳定的直流电压（例如几伏或几十伏），同时能提供一定的直流电流（比如几安甚至几十安）。单相小功率直流电源一般由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，如图所示。其工作过程一般为：首先由电源变压器将220V的交流电压变换为所需要的交流电压值；然后利用二极管单向导电性将交流电压整流为单向脉动的直流电压；再通过电容或电感等储能元件组成的滤波电路减小其脉动成分，从而得到比较平滑的直流电压经过整流、滤波
6、后得到的直流电压易受电网波动及负载变化的影响（一般有10%左右的波动），必须加稳压电路，可利用负反馈等措施维持输出直流电压的稳定。第2章 幅度频率可调锯齿波发生器各单元电路设计2.1迟滞比较器电路设计图a_01 单门限电压比较器虽然有电路简单、灵敏度高等特点，但其抗干扰能力差。例如，在单门限电压比较器的图a_01中，当vI中含有噪声或干扰电压时，其输入和输出电压波形如图a_01所示，由于在vI=Vth=VREF附近出现干扰，vO将时而为VOH，时而为VOL，导致比较器输出不稳定。如果用这个输出电压vO去控制电机，将出现频繁的起停现象，这种情况是不允许的。提高抗干扰能力的一种方案是采用迟滞比较器
7、。图a_02a迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的比较器。图a_02a所示为反相输入迟滞比较器原理电路，它是在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络，其传输特性如图a_02b所示。如将vI与VREF位置互换，就可组成同相输入迟滞比较器。由于正反馈作用，这种比较器的门限电压是随输出电压VO的变化而改变的。它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高了图a_02b 反相输入迟滞比较器2.2积分器电路设计积分电路时一种应用比较广泛的模拟信号运算电路，它是组成模拟计算机的基本单元，可以实现对微分方程的模拟。同时，积分电路也是控制和测量系统中常用的重要单元，利用其充放电过程可以实现延时、定时以及各种
8、波形的产生。图b 积分电路电路组成如图b，根据理想运放工作在线型区时“虚短”和“虚断”的特点可知：电路的输出电压Uo与电容两端的电压Uc成正比，而电路的输入电压Ui与流过电容的电流ic成正比，即Uo与Ui之间成为积分运算关系。由于集成运放的反相输入端“虚地”，故可见输出电压与电容两端电压成正比。又由于“虚断”，运方反相输入端的电流为零，则，故即输入电压与流过电容的电流成正比。由以上几个表达式可得： 由此可知，当输入电压为矩形波时，通过积分换算，输出电压即可转变为三角波。2.3直流稳压电源电路设计图c图c为串联反馈是稳压电路的一般结构图，图中V1是整流滤波电路的输出电压，T1、T2为调整管，A为
9、比较放大电路，VREF为基准电压，它由稳压管DZ与限流电阻R串联所构成的简单稳压点电路获得，R3、R4、RW与组成反馈网络，是用来反映输出电压变化的取样环节。这种稳压电路的主回路是起调整作用的BJT T与负载串联，输出电压的变化量由反馈网络取样经放大电路(A)放大后去控制调整管T的c-e极间的电压降，从而达到稳定输出电压V0的目的。稳压原理可简述如下：当输入电压VI增加（或负载电流I0减小）时，导致输出电压V0增加，随之反馈电压VF=R2V0/(R1+R2)=FVV0也增加（FV为反馈系数） 。VF与基准电压VREF相比较，其差值电压经比较放大电路放大后使VB和IC减小，调整管T的c-e极间电
10、压VCE增大，使V0下降，从而维持V0基本恒定。同理，当输入电压VI减小（或负载电流I0增加）时，亦将使输出电压基本保持不变。从反馈放大电路的角度来看，这种电路属于电压串联负反馈电路。调整管T连接成电压跟随器。因而可得 VB=AV(VREF-FVV0)V0 或 V0=VREFAV/(1+AVFV) 式中AV是比较放大电路的电压增益，使考虑了所带负载的影响，与开环增益AVO不同。在深度负反馈条件下，1+AVFV1时，可得V0VREF/FV=VREF（1+R1/R2）上式表明，输出电压V0与基准电压VREF近似成正比，与反馈系数FV成反比。当VREF及FV已定时，V0也就确定了，因此它是设计稳压电
11、路的基本关系式。值得注意的是，调整管T的调整作用是依靠VF和VREF之间的偏差来实现的，必须有偏差才能调整。如果V0绝对不变，调整管VCE的也绝对稳定，那么电路也就不能起调整作用了。所以V0不可能达到绝对稳定，只能是基本稳定。因此，图2.1.1所使得系统是一个闭环有差调整系统。由以上分析可知，当反馈越深时，调整作用越强，输出电压V0也越稳定，电路的稳压系数和输出电阻R0也越小。第3章 幅度频率可调锯齿波发生器整体电路设计3.1整体电路图及工作原理1电路组成图d图d所示为一个锯齿波发生电路。图中集成运放A1组成迟滞比较器；二极管VD1、VD2和电位器Rw，使积分电路的充放电回路分开，故A2组成充
12、放电时间常数不等的积分电路。调节电位器Rw滑动端的位置，使Rw1远小于Rw2，则电容放电的时间常数将比充电的时间常数小得多，于是放电过程很快，而充电过程很慢，即可得锯齿波。迟滞比较器输出的矩形波加在积分电路的反相输入端，而积分电路输出的锯齿波又接到迟滞比较器的同相输入端，控制迟滞比较器输出端的状态发生跳变，从而在A2的输出端得到周期性的锯齿波。2. 整体电路2.工作原理 假设初始时刻滞回比较器输出端为高电平，而且假设积分电容上的初始电压为零。由于A1同相输入端的电压U+同时与Uo1和Uo有关，根据叠加原理，可得： （1）则此时U+也为高电平。但当时，积分电路的输出电压Uo将随着时间往负方向线性
13、增长，U+随之减小，当减小至时，滞回比较器的输出端将发生跳变，使，同时U+将跳变为一个负值。以后，积分电路的输出电压将随着时间往正方向线性增长，U+也随之增大，当增大至时，滞回比较器的输出端再次发生跳变，使,同时U+也跳变为一个正值。然后重复以上过程，于是可得滞回比较器的输出电压为矩形波，而由于积分电路的充放电时间不等，故积分电路输出电压Uo为锯齿波。如图e所示：图e 锯齿波发生电路的波形图由上图可知，当发生跳变时，锯齿波输出Uo达到最大值Uom，而发生跳变的条件是：，将条件，代入（1）式，可得： （2）由此可解得锯齿波输出的幅度为： （3）要使得幅度可调，由（3）式可知，改变参数即可，所以实
14、际电路中采用滑动变阻器；调节滑动变阻器即可改变锯齿波的输出幅度。从而满足设计要求。3.2电路参数计算门限电压的估算VP1=V1-RW2（VI-VO1）/（RW2+R5）考虑到电路翻转时，有VN1VP1=0，即得V1=VTH=-VO1（RW2/R5）由于VO1=VZ，由上式，可分别求出上、下门限电压和门限宽度为VT+=VZR1/R5VT-=-VZRW2/R5和VT=VT+-VT-=2VZRW2/R53.3整机电路性能分析本次所设计的幅度频率可调的锯齿波发生器可实现输出的波形工作频率范围0.02Hz1kHz连续可调；方波幅值10V；波峰峰值20V；各种输出波形幅值均连续可调。基本达到设计要求。第4章 设计总结通过这次课程设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来的发展方向，使自己的专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。通过这次亲手设计幅度频率可调锯齿波发生器我又一次复习了一学期来所学的知识，尤其是对信号产生电路有了更深刻的理解，同时我也意识到自己所学的不足，在今后的学习中
