占空比可调方波发生器 河北工程大学.doc

占空比可调的方波函数发生器设计
PAGE\*MERGEFORMAT8

信息与电气工程学院
课程设计说明书
（2010/2011学年第一学期）

课程名称：电子线路
题目：占空比可调的方波函数发生器设计仿真
专业班级：通信工程0801
学生姓名：
学号：
指导教师：
设计周数：
设计成绩：

二〇年一月七日

1、课程设计目的
1．掌握电子系统的一般设计方法。
2．理解迟滞比较器的设计原理，掌握方波函数发生器的设计原理。
3．理解555定时器的工作原理，掌握多谐振荡器的设计原理。
4．熟练运用multisim仿真软件设计和仿真电路。
5．提高综合应用所学知识来指导实践的能力。
6.该资料仅供参考，请学生自己设计学习，谢谢。
2、课程设计总文
2.1总体概述
2.11设计任务
使用集成运算放大器、稳压二极管、二极管、电阻等器件设计方波函数发生器。
2.12设计要求
1、根据技术要求和现有开发环境，分析课设题目；
2、设计系统实现方案；
3、要求占空比可调；输出电压：8V<|Vo|<15V；周期：2ms<T<10ms；
4、通过multisim仿真软件进行仿真；
5、记录仿真结果、修改并完善设计；
6、编写课程设计报告和总结。
2.2系统方案分析
迟滞比较器，是将集成运放比较器的输出电压通过反馈网络加到同相端，形成正反馈，如图2.21（a）所示，待比较电压加在反相输入端。在理想情况下，它的比较特性如图2.11（b）所示。由图可见，它有两个门限电压，分别称为上门限电压和下门限电压，两者的差值称为门限宽度。

图2.2(a）

图2.2（b）
设比较器输出高电平，则和共同加到同相输入端的合成电压为

当由小增大地通过时，输出电压由下跃到。
当比较器输出为低电平时，按同样的分析求的加到同相输入端的合成电压为

假

若由大减小的通过，则由上跃到。
利用迟滞比较器的这一特性，可以考虑若在输入端引入负反馈，则可以得到标准的方波。
所选的设计电路方案如下图（图2.21（c））：

图2.2（c）
图中R和C为定时元件，比较器的两个门限电压分别为

假设t=0时,且C上起始电压为零，这时，通过R向C充电，C上电压按指数规律上升，直到其值等于时，由下跃到，C将通过R放电。C上电压按指数规律下降，直到其值等于时，由上跃到。之后C又充电，如此重复，即可得到方波信号，如图2.2（d）所示，其周期为

图2.2(d)

图2.3（uA741引脚）
2.3系统设计及仿真
由分析知，我们选用图2.2（c）的方案，根据周期公式及设计要求，我们取R1=30kΩ，R2=15kΩ，选通用集成运放uA741（引脚如上图2.3），及稳压在8.2V的1N4738，为了保护运放我们在输出端和负反馈输入端各加一个10kΩ的限流电阻，为了得到周期可变且范围在2ms～10ms之间的方波，在仿真中可以选择100nf的可变电容，固定电阻R为50kΩ。经仿真发现，得到的只是周期可变，而占空比不变，现在我们来分析RC的充放电：
据图2.21（d），当时，通过R向C充电，C上电压按指数规律上升，直到其值等于时，由下跃到，C将通过R放电，分析知，若我们改变充放电时间使其不相等，则可以得到占空比不同的波形。由于电容已经是可变电容且接地，故我们选择改变电阻参与充放电的时间，考虑至此，我们可以在电阻的两端并联上一个二极管和电阻串联的支路。
综合考虑以上所有因素，我决定采纳如下电路（图2.3（a）），
其测试仿真结果图2.3（b）所示，

图2.3（a）

图2.3（b）

2.4硬件设计
经仿真测试，其周期可以在2ms～10ms之间变换，占空比也符合标准，鉴于实际中缺少100nF的可变电容，故实物中只做到了频率固定的方波发生器。在电路焊接中，一定要注意741的引脚，在电路板上合理的布线，焊接完之后先查看是否有漏焊，然后用万用表检测一下是否有短路的地方，检查完毕后进行测试。
在本次设计中，第一次由于运放本身的问题，导致波形无法观察。
焊接成功的实物电路如图2.4（c）所示，示波器测试结果如图2.4（d）所示，

图2.4（c）

图2.4（d）

3课程设计总结
这次课程设计，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以及对其他波形的拓展，掌握了555定时器的工作原理，学会了利用555设计施密特触发器的方法，巩固了对电子线路和数字电路理论知识的理解，同时锻炼了实践动手能力，理论知识与实践设计相结合，培养了创新开发的思维以及团队合作意识。我相信这一定会有助于明年的电子设计大赛，使我对自己充满了信心。
在这次设计中，我体会到了个人力量的有限，虽然平时对电子设计接触较多，但是从开始研究题目到写完实验报告，还是有点力不从心的，这次设计给了我一个完成全部设计的机会，同时也