占空比可调的方波函数发生器设计

1. 项目的目的

电子电路仿真项目是通信工程专业教学体系中一个实践性很强的环节。它将模拟电子线路(低频部分和高频部分)、数字逻辑电路等课程的理论与实践有机结合起来,加强我们实验基本技能的训练,培养我们的实际动手能力、理论联系实践的能力。通过这次课程设计让我们掌握电子电路系统的设计、制作、调试、仿真的方法。 2. 项目设计正文

2.1原始数据及主要任务

1、根据技术要求和现有开发环境,分析项目题目; 2、设计项目实现方案;

3、设计绘制电路原理图并选择元器件; 4、使用ewb 软件进行仿真; 5、记录仿真结果、修改并完善设计; 6、设计实现电路功能;

7、编写项目设计报告。 2.2技术要求:

(1)设计要求:设计一方波产生电路。要求占空比可调;输出方波电压值:8V

(2)设计方法:使用集成运算放大器、稳压二极管、二极管、电阻等器件,利用迟滞比较器的工作原理,综合设计电路。 2.3方案设计

按照设计要求,我们设计的方波发生器要求占空比可调,而且输出的电压值和周期分别满足:8V

电压比较器的作用是对两个输入电压进行比较,并根据比较结果输出高低两个电平的电压,以满足后面连接的数字电路对1和0两个逻辑电平的要求。当集成运放用作比较器时,它不施加负反馈,而是开环工作。因此,不需要为保证闭环工作稳定而施加相位补偿电路。其次输出高. 低电平必须与逻辑电平相匹配。这种集成器件可以与各种数字电路要求的逻辑电平相匹配,一般具有迟滞特性和锁定功能。当电压比较器处于锁定状态时,输出电平保持不变,与输入电压大小无关。电压比较器广泛应用于信号处理和检测电路. 波形产生电路等。下图为电压比较器的电路与比较特性:

图表 1 电压比较器 比较特性

迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。在反相输入单门限电压比较器的基础上引入正反馈网络,就组成了具有双门限值的反相输入迟滞比较器。由于反馈的作用,这种比较器的门限电压是随输出电压的变化而变化的。它有两个门限电压,分别称为上门限电压VIH 和下门限电压VIL 两者的差值成为门限宽度,即:△V=VIH - VIL。

在电压输出端U0串接两个稳压二极管之后如图

图2迟滞比较器

这个电路能产生如图所示的波形

图3 输出波形

根据迟滞比较器的这一特性,我们给这个电路图加上反馈电路,就能构成方波发生器了,如图:

图 4 方波发生电路

图中R 和C 为定时元件。得到的方波信号如下图:

图 5 方波波形

现在有能产生方波的电路了,为了满足占空比可调与周期及输出幅值的要求,我们对电路进行了一下改进,并通过multisim 仿真得到了各个元件的参数值,电路图如下:

图6 最终的电路设计

在最终电路中,C 充电时,充电电流经电位器的下半部、二极管D2、R1,输出为高电平段。

C 放电时,放电电流经R1、二极管D1、电位器的上半部,输出为低电平段。这个电路的周期T=(R6+R4//R5)*C1 (R6是电位器的有效电阻) ,高电平的有效时间为τ=(RD3+R1)*C1,所以占空比为τ/T=(RD3+R1)/(R6+R4//R5),其中RD3、R1、R4、R5数值已经固定。首先,将电位器向下端滑动,

R 6

'

减小,结果τ减小,则占空比减小;同理,将电位器向上端滑动,

R 6

'

增大,

结果τ增大,则占空比增大。最后得到的是符合要求的占空比可调的方波函数发生器。因此,要想实现占空比可调,就可以调节R6的阻值。

根据电路图,我们实际焊接的电路如下图

图 7实际焊接的电路板

该电路用到的元器件如下

表 1元器件列表

2.3.2系统调试

该电路在multisim 上仿真的结果如下

图8 仿真结果

从图上可以看出振荡周期是9.701ms ,振幅是10.552v ,都符合设计要求(8V

电路实际测试的波形如图

图2示波器显示图

3. 项目总结与结论

在这次仿真设计中我完成了对电路改进与设计,让我深入了解了集成运放的迟滞特性,学会了

利用运放产生方波,巩固了对电子线路的理解,同时锻炼了实践动手能力。

通过每个同学的分工合作,在我们的共同努力下认真完成了实验的要求,在老师的精心指导下让我很好的实现了实验的结果,在失败中我完成了每个元器件的检查,这次课程设计给我带来的不只是书本知识上的还让我认识了不少的元器件。学会使用了部分元器件,让我深刻体会到了理论与现实的差距,

通过对此课程的设计,我们不但知道了以前不知道的理论知识,而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识,明白了学以致用的真谛,也教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题,提高我们的实际操作的能力并且提高同学之间合作的能力。这次设计达到了让我们运用学习成果,检验学习成果,看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离,并通过综合分析,找出学习中存在的不足,以便为完善学习计划,改变学习内容与方法提供实践依据

最后衷心感谢在本次课程设计中指导我的老师,给了我们自主思考发挥的空间,并指导我们成功的完成了此次仿真设计。

4. 参考文献

[1] 谢嘉奎. 电子线路线性部分(第四版)[M].1999,6(4).

1. 项目的目的

电子电路仿真项目是通信工程专业教学体系中一个实践性很强的环节。它将模拟电子线路(低频部分和高频部分)、数字逻辑电路等课程的理论与实践有机结合起来,加强我们实验基本技能的训练,培养我们的实际动手能力、理论联系实践的能力。通过这次课程设计让我们掌握电子电路系统的设计、制作、调试、仿真的方法。 2. 项目设计正文

2.1原始数据及主要任务

1、根据技术要求和现有开发环境,分析项目题目; 2、设计项目实现方案;

3、设计绘制电路原理图并选择元器件; 4、使用ewb 软件进行仿真; 5、记录仿真结果、修改并完善设计; 6、设计实现电路功能;

7、编写项目设计报告。 2.2技术要求:

(1)设计要求:设计一方波产生电路。要求占空比可调;输出方波电压值:8V

(2)设计方法:使用集成运算放大器、稳压二极管、二极管、电阻等器件,利用迟滞比较器的工作原理,综合设计电路。 2.3方案设计

按照设计要求,我们设计的方波发生器要求占空比可调,而且输出的电压值和周期分别满足:8V

电压比较器的作用是对两个输入电压进行比较,并根据比较结果输出高低两个电平的电压,以满足后面连接的数字电路对1和0两个逻辑电平的要求。当集成运放用作比较器时,它不施加负反馈,而是开环工作。因此,不需要为保证闭环工作稳定而施加相位补偿电路。其次输出高. 低电平必须与逻辑电平相匹配。这种集成器件可以与各种数字电路要求的逻辑电平相匹配,一般具有迟滞特性和锁定功能。当电压比较器处于锁定状态时,输出电平保持不变,与输入电压大小无关。电压比较器广泛应用于信号处理和检测电路. 波形产生电路等。下图为电压比较器的电路与比较特性:

图表 1 电压比较器 比较特性

迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。在反相输入单门限电压比较器的基础上引入正反馈网络,就组成了具有双门限值的反相输入迟滞比较器。由于反馈的作用,这种比较器的门限电压是随输出电压的变化而变化的。它有两个门限电压,分别称为上门限电压VIH 和下门限电压VIL 两者的差值成为门限宽度,即:△V=VIH - VIL。

在电压输出端U0串接两个稳压二极管之后如图

图2迟滞比较器

这个电路能产生如图所示的波形

图3 输出波形

根据迟滞比较器的这一特性,我们给这个电路图加上反馈电路,就能构成方波发生器了,如图:

图 4 方波发生电路

图中R 和C 为定时元件。得到的方波信号如下图:

图 5 方波波形

现在有能产生方波的电路了,为了满足占空比可调与周期及输出幅值的要求,我们对电路进行了一下改进,并通过multisim 仿真得到了各个元件的参数值,电路图如下:

图6 最终的电路设计

在最终电路中,C 充电时,充电电流经电位器的下半部、二极管D2、R1,输出为高电平段。

C 放电时,放电电流经R1、二极管D1、电位器的上半部,输出为低电平段。这个电路的周期T=(R6+R4//R5)*C1 (R6是电位器的有效电阻) ,高电平的有效时间为τ=(RD3+R1)*C1,所以占空比为τ/T=(RD3+R1)/(R6+R4//R5),其中RD3、R1、R4、R5数值已经固定。首先,将电位器向下端滑动,

R 6

'

减小,结果τ减小,则占空比减小;同理,将电位器向上端滑动,

R 6

'

增大,

结果τ增大,则占空比增大。最后得到的是符合要求的占空比可调的方波函数发生器。因此,要想实现占空比可调,就可以调节R6的阻值。

根据电路图,我们实际焊接的电路如下图

图 7实际焊接的电路板

该电路用到的元器件如下

表 1元器件列表

2.3.2系统调试

该电路在multisim 上仿真的结果如下

图8 仿真结果

从图上可以看出振荡周期是9.701ms ,振幅是10.552v ,都符合设计要求(8V

电路实际测试的波形如图

图2示波器显示图

3. 项目总结与结论

在这次仿真设计中我完成了对电路改进与设计,让我深入了解了集成运放的迟滞特性,学会了

利用运放产生方波,巩固了对电子线路的理解,同时锻炼了实践动手能力。

通过每个同学的分工合作,在我们的共同努力下认真完成了实验的要求,在老师的精心指导下让我很好的实现了实验的结果,在失败中我完成了每个元器件的检查,这次课程设计给我带来的不只是书本知识上的还让我认识了不少的元器件。学会使用了部分元器件,让我深刻体会到了理论与现实的差距,

通过对此课程的设计,我们不但知道了以前不知道的理论知识,而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识,明白了学以致用的真谛,也教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题,提高我们的实际操作的能力并且提高同学之间合作的能力。这次设计达到了让我们运用学习成果,检验学习成果,看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离,并通过综合分析,找出学习中存在的不足,以便为完善学习计划,改变学习内容与方法提供实践依据

最后衷心感谢在本次课程设计中指导我的老师,给了我们自主思考发挥的空间,并指导我们成功的完成了此次仿真设计。

4. 参考文献

[1] 谢嘉奎. 电子线路线性部分(第四版)[M].1999,6(4).


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