正弦波与方波的相互转换.doc

物理与电子工程学院
课题设计报告
课题名称:正弦函数发生器设计
组 别:20组
组 长:2011级 杨会
组 员:2011级 胡原彬
组 员:2011级 廖秋伟
2013年7月10日
目录
一.设计要求 3
二.总体设计 3
三.设计方案 3
㈠用运算放大器产生1000HZ得正弦信号 3
㈡ 将正弦波转换为方波 3
㈢将方波转换为正弦波 4
㈣还原波形 4
四.设计步骤及参数得确定 4
㈠用运算放大器产生1000HZ得正弦信号 4
㈡正弦波转换为方波 4
㈢方波转换为正弦波 5
㈣还原波形 5
㈤整体电路原理图 6
五.实验仿真结果 6
㈠正弦波产生且换为方波再换为正弦波得波形 6
㈡用放大器放大振幅还原后得波形 7
六.电路板得制作 7
㈠画图 7
㈡元器件清单 8
㈢实物焊接 8
七.电路得调试 8
㈠电路连接 8
㈡波形测量 8
㈢数据得记录 8
八.总结 9
㈠设计过程中遇到得问题 9
㈡心得体会 10
正弦函数发生器
一.设计要求
1. 用运算放大器产生一个1000HZ得正弦波信号。
2. 将此正弦波转换为方波。
3. 再将此方波转换为正弦波。
4. 限用一片LM324与电阻、电容。
二.总体设计
总体设计大体上可分为四个模块:
1、 用振荡电路产生1000HZ得正弦波信号;
2、 用一个过零比较器把正弦波变为方波;
3、 用RC滤波电路从方波中滤出正弦波;
4、 检测波形用放大器还原振幅。
振荡电路
产生正弦波
转换为
方波
转换为
正弦波
放大还原
正弦波
过零比
较器
滤波电路
同向放
大器

三.设计方案
㈠用运算放大器产生1000HZ得正弦信号
用RC与一个运放组成文氏电桥振荡电路,调节RC选频电路来产生1000HZ得正弦波。
㈡ 将正弦波转换为方波
用一个运放接成过零比较器就可以把正弦波转换为方波。但会存在少许误差。
㈢将方波转换为正弦波
用电阻与电容组成RC滤波电路,选择合适得数据参数就能实现把方波变为正弦波。
㈣还原波形
用一个同相放大器把波形得幅度放大还原。
四.设计步骤及参数得确定
㈠用运算放大器产生1000HZ得正弦信号
用电阻、电容、二极管与一个运放组成文氏电桥振荡电路,电路图如下。
参数选择中最重要得就是R6与C2得值选择,因为它们就是选频电路。f=1/2ΠRC 。f=1000HZ,所以可以确定RC得值。

㈡正弦波转换为方波
用一个运放接成过零比较器如下图,通向端接信号输入,反向端接地。只要输入信号电压大于或小于零,信号就发生跳变,可以把正弦波转换为方波。

㈢方波转换为正弦波
用电阻与电容接成RC滤波电路。在R2与C3过后得节点处波形就是三角波,最后输出就是正弦波。

㈣还原波形
1、在RC滤波电路输出得正弦波,幅度变小了约9倍得样子,用一个同向放大器放大它得幅度。
2、因为同向放大器得放大倍数为:A=1+R12/R11 。所以确定R11=8k欧姆,R12=1k欧姆。

㈤整体电路原理图

五.实验仿真结果
㈠正弦波产生且换为方波再换为正弦波得波形

注:红色为震荡产生得正弦波,蓝色为正弦波转换成得方波,白色为方波转换成得正弦波。
振荡电路产生得正弦波:
振幅:9、8V , 频率:1000HZ 。
由方波转换得正弦波:
振幅:1、1V 频率1000HZ。
㈡用放大器放大振幅还原后得波形

放大还原后得正弦波:
幅度:9、8V;频率:1000HZ。
六.电路板得制作
㈠画图
在DXP软件中画出上面已近仿真成功得原理图,选择封装,转换成PCB模式。整理PCB版面上得元件布局,尽量避免导线得交叉。
㈡元器件清单
元器件
名称
型号参数
(欧姆)
数量
(个)
电阻

5、1K
1
2、7K
1
1K
2
10K
2
电容

15nF
2
33nF
2
1uF
1
电位器
10K
3
20K
1
二极管
1N4001
2
芯片
LM324N
1
㈢实物焊接
按照上面得布局排列实物电路板,依据PCB板得线路分布焊接电路。注意焊接时不要短路与外接电源、接地得接口得焊接,并把要测试得信号用导线引到排针上方便测试。
七.电路得调试
㈠电路连接
用±12V 得恒压源连接到电路板得正负电源接口,把电路板接地端接地。
㈡波形测量
用示波器观测振荡器产生得正弦波、方波、转换后得正弦波与放大还原得正弦波。注意调节电位器。
㈢数据得记录
波形类型
频率(HZ)
振幅(V)
振荡器产生得正弦波
1000
9、8
方波
1000
13、4
转换后得正弦波
1000
1、1
放大还原后得正弦波
1000
9、8
㈣数据结果分析
我们用振荡器产生了频率1000HZ 振幅9、8V得正弦波,经过过零比较器后变为频率1000HZ 振幅13、4V得方波,在经过我们得滤波电路,把方波转换为频率1000HZ 振幅1、1V得正弦波,最后经放大器放大还原为频率1000HZ 振幅9、8V得正弦波。虽然实际值与理论值有一些小小得误差,但实验还就是得到了正确得结果。
八.总结
㈠设计过程中遇到得问题
因为第一次做类似得设计电路,很多地方不清楚,都就是在摸索中进行得。遇到了很多大小得问题。比如:
1、电路图自己设计很困难,在查找电路图时很多都不能实现,这些电路对于我们不适用。
2、元件得参数确定就是大多就是参照我们查找得电路,稍作修改。自己很少从设计得角度来理论计算。
3、仿真时有时候就是正确得波形,感觉没有动它一会儿又出了问题。
4、在焊接电路板时,各个元件得引脚很细很密,容易短路。第一次焊接完了去调试时,用示波器在元件中寻找波形很不方便,而且没有波形。我们再次检查并把要检测得信号用导线连接到排针上方便检测。
5、第二次检测时感觉就是那些地方短路了,做了修改后再去检测,后面几步都有波形但就是第一步(振荡器)没有成形得正弦波。我们认为就是振荡器得两个电位器得阻值没调好。
6、我们在电路板上用到了4个电位器,最初我们不知道电位器怎么调节就是变大或变小,只有一通乱调,后来才想到用万用表测它得电阻。
7、最初我们得电位器只用到了两个引脚,认为连接方式与滑动变阻器类似,后来听说得三个脚都用到,中间与两侧中得一个串联再外接。
8、经过种种改善与调试都不行,我们打算新做了一个电路板,在焊接得时候我没瞧见新得LM324n芯片,想把它换在旧板上试一试,结果调试出了波形,虽然最后得正弦波有失真,但前面振荡器产生得正弦波与方波都就是可以得,频率都可以通过电位器调到1000HZ ,幅值也可以调节。主要就是最后得转换后得正弦波有些失真,放大后也存在失真。
9、由于失真,我们检查后把电容C3由原来得1、2uF 改为1uF(好像C3电容原本不就是它所标注得1、2uF),波形不失真,但就是最后放大器放大得幅度只能达到初始正弦波得1/2,再调大就波峰就截止了。我们有尝试改小电容C4与C5。
10、 为了进一步完善,我们把相关得电阻与电容测量一下并适当替换。在调整后又拿去调试,仔细调节电位器,终于得到了正确得结果！
11、、同时我们也没停下第二块得电路板得制作,希望第二块能吸取第一块得经验做得更完善。但第二块也许就是没有充足得精力与时间,波形还就是存在失真,我们决定还就是采用第一块电路板。
㈡心得体会
第一次设计制作电路,虽然遇到了很多现在瞧来很低级得错误,也好像花了很多得时间做了无用功,但就是却让我们熟悉相关软件与制作得过程,了解相关得制作方法,重温了以前模电学习得相关放大器、振荡电路、滤波等等得原理,打下了电路板制作得一些基础,现在花得时间越就是多,对以后得学习帮助越大。所以这一次得设计制作,我们学到了很多,同时也瞧见了我们很多得不足之处,明白了哪些地方我们还急待学习与提高。知道细心、耐心得必要;知道测试、检测得理性;知道理论、实际得差别;知道失败、重复得统一;知道一次次调试、一次次检验、一次次计算、一次次修改、再一次次调试……为了达到我们能做到得最好,我们不厌其烦,最可怕就是我们还乐此不疲……同时在我制作得过程中也瞧见了学长们做得电路板与我们得不就是一个等级得东西,也瞧见了我们专业得人要能达到这样得水平才算学得不错。总之,短短一周让我们见识到很多,了解到很多,学习到很多。相信我们在以后得学习过程中还能收获更多。