中北大学 课程设计说明书
学生姓名: 学 院: 专 业: 题 目:
高剑光 学 号： 0706024240
电子与计算机科学技术学院
微电子学
信号波形产生电路
指导教师：孟令军 职称: 副教授
2010年 1 月 15 日
目录
1、课程设计目的…………………………………………………………………….2 2、课程设计内容和要求
2.1、设计内容……………………………………………………………………………………….2 2.2、设计要求……………………………………………………………………………………….2
3、 设计方案………………………………………………………………………...2
3.1、设计思路……………………………………………………………………………………….2 3.2、工作原理及硬件框图………………………………………………………………………….3 3.3、硬件电路原理图……………………………………………………………………………….5 3.4、PCB版图设计………………………………………………………………………………….6
4、课程设计总结…………………………………………………………………….7 5、参考文献…………………………………………………………………………8
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1、课程设计目的
（1）理解波形发生及波形变换的基本原理和非线性应用； （2）掌握利用protel绘制电路原理图与制作PCB图的方法； （3）掌握通用型集成器件的逻辑功能和使用方法； （4）学习掌握硬件电路设计的全过程。
2、课程设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： （1）查阅所用器件技术资料，详细说明设计的波形发生工作流程；
（2）设计一个RC正弦振荡电路；频率50Hz,振荡频率测量值与理论值得相对误差＜±5%；电源电压变化±1V时，振幅基本稳定，无明显失真；
（3）设计一个由集成运算放大器构成的方波---三角波产生电路。要求方波频率为500Hz，相对误差＜±5%；脉冲幅度为±（6～6.5V）；三角波重复频率为500Hz； 相对误差＜±5%；脉冲幅度为±（1.5～2V）；
3、 设计方案
3.1、设计思路
RC正弦振荡电路可分为RC串并联式、移相式和双T式电路等。RC移相式振荡电路具有电路结构简单等优点，缺点是选频作用较差、频率调节不方便、输出幅度不够稳定和输出波形较差，故一般用于频率固定且稳定性要求不高的场合。最具典型的是RC串并联式振荡电路，也称文氏桥振荡电路。本设计即选用文氏桥振荡电路产生符合要求的正弦波。
方波——三角波产生电路可按照设计要求用集成运算放大器联接产生符合要求的波形。
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3.2、工作原理及硬件框图
正反馈兼选频网络 集成运算放大器 稳幅环节 集成 运放
方波集成运放三角波
图1设计框图
（一）RC正弦振荡电路
a、工作原理说明:RC正弦振荡电路是利用自激振荡产生一定幅度和频率的正弦波。产生正弦波振荡的平衡条件是 FÀ=1和ψA+ΨF=2n∏;起振条件 FÀ＞1和ψA+ΨF=2n∏即电路起振的幅值条件为 Rp/R5≥2 式中Rp=R4+(R3//Ｒｄ)； Ｒｄ为二极管正向导通时的动态电阻。
放大电路:保证电路能够有从起振到动态平衡的过程,使电路获得一定幅值的输出量,实现能量的控制；
正反馈兼选频网络:确定电路的振荡频率使电路产生单一频率的振荡,即保证电路产生正弦波振荡;同时使放大电路的输入信号等于反馈信号；
稳幅环节:使输出信号幅值稳定。
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电路原理图如下图1，根据产生震荡的相位条件，可得电路的震荡频率 ｆ0=1/（2∏*R*C）
b、电路元件参数确定
R与C ＲＣ串并联选频网络的参数应根据所要求的震荡频率来确定为使选频网络的选频特性尽可能不受集成运放输入和输出电阻的影响，应按下列关系初选电阻Ｒ。
Ｒin＞＞Ｒ＞＞Ｒo
式中 Ｒin集成运放同相的输入电阻，约几百千欧以上； Ｒo集成运放的输出电阻，约几百欧以下。
选择电容C为减小积分漂移，应尽量将C取大些,但电容量越大，漏电流也大，一般取C小于1uF。
经计算取标称值可得R=65K,C=0.05uf
Rp与R5 Rp与R5的选取根据起振条件来确定，通常取Rp=2.1 R5，这样既能保证起振又不致引起严重的波形失真。为减小运放输入失调电流及其漂移的影响，应尽量满足R= Rp//R5的条件。故可取R3=96K,滑动变阻器位于35%处。
二极管的作用：在实际电路中，由于元件、温度等外界因素的影响，振荡器往往达不到理论设计的效果。二极管D1、D2在震荡过程中总有一个二极管处于正向导通状态，正向导通电阻Ｒｄ与R3并联。当振幅增大时，Ｒｄ减小，负反馈增强振幅继续增长；反之当振幅减小时，Ｒｄ增大，负反馈减弱，防止振幅继续减小，从而达到稳幅的目的。
（）集成运算放大器构成的方波——三角波产生电路
a、工作原理说明:将滞回比较器输出的方波转换为三角波，同时反馈给比较器的同相输入端，是比较器产生随三角波的变化而翻转的方波。
原理图如图2,由图可知输出方波幅值由稳压管D决定，被在稳压值±Uz之间。三角波的幅值Uom为
Uom=-Uz*R1/R2
方波和三角波的振荡频率相同，其值为 ｆ0=R2/(4*R4*C*R1) b、确定元件参数
稳压管的作用是和确定方波的幅值，此外方波的振幅和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关。为得到稳定而对称的方波输出，通常选用高精度双向稳压二极管,取Uz=6V。
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由题意取Uom=1.5V，可取R1=10K,R2=40K,符合要求。积分元件R4、C的值根据ｆ0确定,选择电容C为减小积分漂移，应尽量将C取大些,但电容量越大，漏电流也大，一般取C小于1uF。经计算取标称值可得R4=20K,C=0.1uf。 3.3、硬件电路原理图
本设计的原理图和PCB印刷板图由PROTEL 99制作，结果如下图：
图1
图2
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3.4、PCB版图设计
图3
图4
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4、课程设计总结
设计实际电路时首先因综合成本、电路要求工艺制作等因素考虑来选择合适的电路，同时应反复计算考虑电路性能来最终确定电路中各元器件的参数。借助仿真软件可以极大的提高工作效率，缩短设计周期.在本次设计中，我发现了自己知识中的不足并加以弥补。最后，能够顺利的完成了本次课程设计得益于许多同学老师提供无私的帮助支持，在此谢谢他们
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5、参考文献
（1）童诗白．模拟电子技术基础．北京：高等教育出版社，2002 （2）张建华．数字电子技术．北京：机械工业出版社，2004
（3）陈汝全．电子技术常用器件应用手册．北京：机械工业出版社，2005 （4）毕满清．电子技术实验与课程设计．北京：机械工业出版社，2005 （5）潘永雄．电子线路CAD实用教程．西安：西安电子科技大学出版社，2002 （6）张亚华．电子电路计算机辅助分析和辅助设计．北京：航空工业出版社，
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