电力电子方波到三角波转换Multisim仿真设计 文档和仿真文件

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波形变换—方波到三角波
【摘要】:本设计介绍了波形发生器的制作和设计过程,并根据输出波形特性研 究该电路的可行性。在此基础上设计了一种能产生方波----三角波的模块电路,包括了原理图和仿真图。该电路有主要由积分器、比较器、LM741 集成运算放大 器,通过用双踪示波器来确定各种波形的幅值及可调频率的上限和下限。重点阐述了发生器的电路结构及工作原理,分析了单元电路的制作和工作过程并进行了调试,调试结果表明设计的电路是可行的。

1、  设计的目的及技术指标与要求1.      设计目的
(1)掌握电子系统的一般设计方法;
(2)会运用Multisim工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论设计;
(3)通过查阅手册和文献资料,熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元器件的原则;
(4)掌握模拟电路的安装,测量与调试的基本技能,熟悉电子仪器的正确使用方法,能分析实验中出现的正常或不正常现象(或数据)独立解决调试中所发生的问题;
(5)学会撰写设计报告;
(6)培养综合应用所学知识来指导实践的能力。
2.      设计要求与技术指标
    输出波形:方波-三角波;
2、           总体方案论证
函数信号发生器是一种能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路。 函数发生器有很宽的频率范围,使用范围很广,它是一种不可缺少的通用信号源。 函数发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一,在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时,都学要有信号源,由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上,用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应,以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器,可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等。
实现方波到三角波的变换有以下三种方案:
(1)由RC桥式电路产生正弦波,再由正弦波经比较器电路产生方波,再由方波经积分电路产生三角波。
(2)用5G8038集成函数信号发生器所需信号。接入外部电路后5G8038的9、3、2引脚就分别产生方波、三角波、正弦波。频率调节部分通过其他引脚接外电路来实现,然后从5G8038出来经过选择开关选择所需的波形进入LM31D8进行放大和幅度调节最后从LM31D8出来的波即为频率和幅度可调的方波,三角波和正弦波。5G8038如图 1所示。
11.002.jpg
图 1  5G8038集成函数信号发生器
(3)由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路,比较器输出的方波经积分电路得到三角波,三角波到正弦波由差分式放大电路完成。差分放大电路具有工作稳定、输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是作为直流放大器时可以有效地抑制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变换成正波。设计框图如图 2所示。
11.003.jpg
图 2 由比较器与积分器组成的函数发生器
3、           单元电路图设计及各部分功能1.      工作原理1.1          方波产生电路原理

方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。由于方波或矩形波包含极丰富的谐波,因此,这种电路又称为多谐振荡电路。

          11.004.jpg

图 6 方波产生电路

矩形波产生电路如图 6所示,它是在迟滞比较器的基础上,把输出电压经 11.005.jpg 、C反馈集成运放的反相端。在运放的输出端引入限流电阻R和两个稳压管而组成的双向限幅电路。

在接通电源的瞬间,电路的输出电压究偏于正向饱和还是负向饱和,纯属偶然。设输出电压偏于负饱和值,即 11.006.jpg 时,则集成运放同相端的电压为

                   11.007.jpg

11.008.jpg 时电容反向充电, 11.009.jpg 由零变负。在 11.010.jpg 高于 11.011.jpg 之前, 不变。当 11.012.jpg 下降到略低于 11.013.jpg 时, 11.014.jpg 从–VZ跳变到+ VZ。与此同时,由 11.015.jpg 变 为 11.016.jpg ,而 11.017.jpg 是电容充电,在 11.018.jpg 低于 11.019.jpg 以前, 不变。当上升到略高于 11.020.jpg 时,从+VZ跳到–VZ。如此循环不已,产生振荡,输出矩形波。

方波产生电路图如所图 8示:
11.021.jpg
图 8 方波产生电路图
1.2 方波——三角波转换电路的原理
  产生三角波利用的是积分电路的原理
11.022.jpg
由于反相输入, 11.023.jpg ,故   11.024.jpg 11.025.jpg 上式表明 11.026.jpg 11.027.jpg 的积分成比例,式中的负号表示两者相反, 11.028.jpg 称为积分时间常数。当为阶跃电压时, 11.029.jpg 。当积分电路的输入为方波时,电路将输出三角波。
11.030.jpg
图 9 三角波产生电路图
2.      电路元器件2.1  芯片741工作原理及原理图
741型运算放大器具有广泛的模拟应用。宽范围的共模电压和无阻塞功能可用于电压跟随器。高增益和宽范围的工作电压特点在积分器、加法器和一般反馈应用中能使电路具有优良性能。此外,它还具有如下特点:无频率补偿要求;短路保护;失调电压调零;大的共模、差模电压范围;低功耗。
741型运放双列直插封装如图10(a)所示。紧靠缺口下方的管脚编号为1,按逆时针方向编号。其中,管脚2为运放反相输入端,管脚3为同相输入端,管脚6为输出端,管脚7为正电源端,管脚4为负电源端,管脚8为空端,管脚1和5为调零端。通常,在两个调零端接一几十千欧的电位器,其滑动端接负电源,如图10(b)所示。调整电位器,可使失调电压为零。
11.031.jpg
     (a)                                  (b)
图 10  741原理图
2.2              二极管02DZ4.7
由两个02DZ4.7二极管组成了一个稳压二极管,稳压二极管的作用是限制和确定方波的幅度,因此要根据设计所要求的方波幅度来选择稳压管的稳定电压。此外,方波幅度和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关,为了得到对称的方波输出,通常应选用高精度的双向稳压管。R2为稳压管的限流电阻,其值由所选用的稳压管的稳定电流决定。
2.3              频率与电容C
11.032.jpg
4、           元器件选型及其清单

元器件名称

个数

型号

主要参数

运算放大器

2

741


示波器

1



可调电阻

1


50k

电阻

5

R

20k,5.1k,10k

电容

1

C

0.1μF

直流稳压电源

4


±12V

二极管

2

02DZ4.7



5、           总电路图
11.033.jpg
6、           电路仿真结果
11.034.jpg
7、  设计总结
通过本课题的设计,我感慨颇多,从拿到课题到定稿,从理论到实践,在设计的过程中,可以说得是苦多于甜,但是可以学到很多很多的的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。因为这次设计需要动脑动手,把自己课堂上学到的软件和硬件知识全部应用进来。要想完成好这次设计,必须熟悉模拟电子技术理论知识,与外部电路的连接。这其中有以前课堂上学过的也有需要我们自学研究的,这不仅考察了自己原来的知识程度还加强了我们独立获取知识并加以运用的能力。
通过这次实验,我对函数发生器的了解扩宽了,对模拟电子技术和外围电路的认识也更为清晰了,这为我以后工作提供了坚实的基础。在摸索改如何设计电路使之实现所需功能的过程中还培养了我的设计思维,增加了实际动手能力,让我体会到了设计电路的艰辛的同时,更让我体会到了成功的喜悦。时间很快过去了,看着自己的劳动成果,心里满是欣慰。最后,感谢老师和同学们的悉心指导和帮助。

方波转换三角波.zip (1.14 MB, 售价: 3 工控币)
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