试题压控振荡器的电路设计EDA.docx

《EDA技术》课程设计报告

压控振荡电路的设计

目 录

一、设计任务与要求 2
二、元器件清单及简介 3
三、设计原理分析 5
四、设计中的问题及改进 8
五、总 结 9
六、参考文献 9

压控振荡电路的设计

一、设计任务与要求
1.1课程设计的研究内容
本课题的主要研究内容是采用集成运算放大器设计压控振荡器的电路，并使用multisim仿真工具对其进行仿真。包括压控锯齿波发生器电路、压控矩形波发生器电路、压控三角波发生器电路、压控方波发生器电路。
设计中要掌握电子电路设计的基本方法包括设计步骤、设计公式、参数计算及电子元器件的选择，掌握multisim在电子电路设计中的应用。
1.2 压控振荡器设计要点
压控振荡器一般分为晶体压控振荡器和LC压控振荡器对于各种用途的晶体压控振荡和LC压控振荡，设计时应考虑的指标大体上可以分为以下几个方面：
1、用运算放大器构成以压控振荡电路（VCO）将模拟电压转换成频率。
2、对上述频率进行计数并显示（用两位数码管即可）。
3、模拟电压可以是直流源，也可以是锯齿波。
4、运算放大器构成的积分器和滞回比较器。
5、利用74ls160D芯片级联来连接两个数码管。
二、元器件清单及简介
2.1电路元器件的选择
表5-1 压控矩形波电路元器件选择
原件名称
原件标注
参数型号
集成运放
UA1
LM324AJ
集成运放
U2
COMPARATOR_VIRTUAL
电阻
R1
50K
电阻
R2
50K
电阻
R3
1K
电阻
R4
0.5K
电阻
R5
10K
电阻
R6
10 K
电容
C1
10nF
电源
VEE
-15V
电源
VCC
15V
电源
V1
-9V
稳压管
D2
1N6025B
稳压管
D3
1N6025B
示波器
XSC1

二极管
D1
DIODE_VIRTUAL
十进制计数器
U3、U6
74LS160D2个
数码管
U4
DCD_HEX_BLUE2个

2.2压控振荡器部分元器件介绍
图2.1 multisim中电阻元器件

电阻，它是导体的一种基本性质，与导体的尺寸、材料、温度有关。电阻的基本单位是欧姆，用希腊字母“”表示。有这样的定义：导体上加上一伏特电压时，产生一安培电流所对应的阻值。电阻的主要职能就是阻碍电流流过。它的作用有限流，分流，分压。
图2.2 multisim中稳压二极管元器件
 稳压二极管的作用，稳压二极管也称齐纳二极管或反向击穿二极管，在电路中起稳定电压作用。它是利用二极管被反向击穿后，在一定反向电流范围内反向电压不随反向电流变化这一特点进行稳压的。

图2.3 multisim中二极管元器件
二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。

图2.4 multisim中电容元器件
所谓电容，就是容纳和释放电荷的电子元器件。电容的基本工作原理就是充电放电， 当然还有整流、振荡以及其它的作用。另外电容的结构非常简单，主要由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成，所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定的。

图2.5multisim中三端集成运算放大器元器件
运算放大器（常简称为“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。
三、设计原理分析
3.1 压控脉冲波发生器
脉冲波发生电路在测量、自动控制、通讯、无限电广播和遥控等技术技术领域有着广泛的应用，甚至在收音机、电视台和电子表等日常生活用品也离不开它。总之脉冲波发生电路广泛用于工业生产、科学实验和日常生活等各个领域中。
3.2 压控锯齿波发生器电路设计仿真

图3.1
此电路直流源输入的压控振荡电路，直流源经过积分器得到一个uo1的波形为锯齿波，然后锯齿波经过一个滞回比较器把锯齿波转变成脉冲波。积分器由电阻和电容以及运算放大器组成。滞回比较器由电阻和稳压二极管组成。滞回比较器可用于产生矩形波、三角波和锯齿波等各种非正弦波信号，也可用于波形交换电路。用于控制系统是，滞回比较器的优点是抗干扰能力强。当输入信号受干扰或噪声的影响而上下波动时，只要根据干扰或噪声电平适当调整滞回比较器两个门限电平UT+和UT-的值，就可以避免比较器的输出电压在高、低电平之间反复跳变。
当集成运放反向输入端和同向输入端的电位相等，即U+=U_时，输出端的状态将发生跳变。
其中U_=UI

最后把得到的脉冲波经过74ls160D两个芯片级联两个显示频率的数码管。 在输出端利用示波器观察波形，电压表测量输出电压，频率计测量频率。仿真分析电路如图3.1所示。

图3.2 脉冲波仿真波形结果分析
此图为uo的波形图，是个小的矩形脉冲图此电路仿真图参照模拟电子技术P460也电路图，输出的uo1为锯齿波uo为矩形脉冲波，由于存在电阻阻值个其他因素的影响，脉冲不是太大，但是符合题目和老师的要求。

四、设计中的问题及改进
本次课程设计所设计的方案基本上能满足要求。波形基本上没有失真，测得的频率和理论值很接近，输出电压也在规定的范围内。该电路由一个滞回比较器和积分器组成。集成运放和电阻集成运放和电阻R4和R5组成滞回比较器，但该设计也有一定得问题，在计算时由于没有考虑二极管的导通电阻，因此计算的理论值和实际测得的数值会有一定的差距，而且还会因此产生一定的波形失真。由于二极管的导通电阴不可能为0，因此，选用不同的二极管会产生不同的结果，有时甚至会产生非常大的的偏差，波形严重失真。所以，在试验过程中要选择合适的二极管。使得因为二极管而产生的偏差尽量减小。试验之初用的是-3V的直流源，脉冲波形非常小，频率跳变太快，后来换成-9V的直流源后锯齿波和脉冲波即为uo1和uo的波形，逐渐与理论值接近，波形越来越清晰。

五、总 结
在这次课程设计过程中，我也遇到了很多问题。比如在刚开始仿真时，矩形波发生电路画出来之后，仿真结果是输出波形是一条直线，频率计和电压表均没有示数。接下来，我就仔细地检查了一遍又一遍，最后终于在参考资料和同学的帮助下终于成功地仿真了结果。第二步，对上述频率进行计数显示时，我们总是没理解概念，选错了两次的器件，最后还是在老师的指导慢慢解决的。
这次课程设计让我学到了很多有用的东西，我不仅是巩固了先前学的模电的理论知识，而且也培养了我的动手操作能力，让我学到了很多电脑上的应用技巧，这是我以前很少接触的。更为重要的是这次课程设计开拓了我的视野，使我的创造性思维得到拓展。我感受到了知识的奥妙和学习的乐趣。此外，这也将对我以后踏上工作岗位也有一定得帮助。所以我希望今后类似这样的课程设计，类似这样的锻炼机会能更多些！

六、参考文献
[1]童诗白主编．模拟电子技术基础（第四版）．高等教育出版社， 2006
[2]阎 石主编．数字电子技术基础（第五版）．高等教育出版社， 2006
[3]李良荣主编．EDA技术及实验．电子科技大学出版社，2008