正弦波与方波的相互转换

正弦波与方波的相互转换 Prepared on 24 November 2020 物理与电子工程学院物理与电子工程学院 课题设计报告课题设计报告 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 目录目录 2013 年 7 月 10 日 正弦函数发生器正弦函数发生器 一．设计要求一．设计要求 1. 用运算放大器产生一个 1000HZ的正弦波信号。 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和电阻、电容。 二．总体设计二．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的正弦波信号； 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。 振荡电路振荡电路 过零比过零比 转换为转换为 滤滤 波波 放大还原放大还原 同向同向 转换为转换为 三．设计方案三．设计方案 ㈠用运算放大器产生㈠用运算放大器产生 1000HZ1000HZ 的正弦信号的正弦信号 用 RC 和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的正弦波。 ㈡㈡ 将正弦波转换为方波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㈢将方波转换为正弦波 用电阻和电容组成 RC 滤波电路，选择合适的数据参数就能实现把方 波变为正弦波。 ㈣还原波形㈣还原波形 用一个同相放大器把波形的幅度放大还原。 四．设计步骤及参数的确定四．设计步骤及参数的确定 ㈠用运算放大器产生㈠用运算放大器产生 1000HZ1000HZ 的正弦信号的正弦信号 用电阻、电容、二极管和一个运放组成文氏电桥振荡电路，电路图 如下。 参数选择中最重要的是 R6 和 C2 的值选择，因为它们是选频电路。 f1/2ΠRC 。f1000HZ，所以可以确定 RC 的值。 ㈡正弦波转换为方波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㈢方波转换为正弦波 用电阻和电容接成 RC 滤波电路。在 R2 和 C3 过后的节点处波形是 三角波，最后输出是正弦波。 ㈣还原波形㈣还原波形 1.在 RC 滤波电路输出的正弦波，幅度变小了约 9 倍的样子，用一个同 向放大器放大它的幅度。 2.因为同向放大器的放大倍数为A1R12/R11 。所以确定 R118k欧 姆，R121k欧姆。 ㈤整体电路原理图㈤整体电路原理图 五．实验仿真结果五．实验仿真结果 ㈠正弦波产生且换为方波再换为正弦波的波形㈠正弦波产生且换为方波再换为正弦波的波形 注红色为震荡产生的正弦波，蓝色为正弦波转换成的方波，白色为 方波转换成的正弦波。 振荡电路产生的正弦波 振幅 ， 频率1000HZ 。 由方波转换的正弦波 振幅 频率 1000HZ。 ㈡用放大器放大振幅还原后的波形㈡用放大器放大振幅还原后的波形 放大还原后的正弦波 幅度；频率1000HZ。 六．电路板的制作六．电路板的制作 ㈠画图㈠画图 在 DXP软件中画出上面已近仿真成功的原理图，选择封装，转换成 式。整理 PCB版面上的元件布局，尽量避免导线的交叉。 ㈡元器件清单 元器件元器件型号参数型号参数数量数量 名称名称 欧姆欧姆 （个） 电阻1 1 1K2 10K2 电容15nF2 33nF2 1uF1 电位器10K3 20K1 二极管1N40012 芯片LM324N1 PCB 模 ㈢实物焊接㈢实物焊接 按照上面的布局排列实物电路板，依据 PCB 板的线路分布焊接电路。注意 焊接时不要短路和外接电源、接地的接口的焊接，并把要测试的信号用导线 引到排针上方便测试。 七．电路的调试七．电路的调试 ㈠电路连接㈠电路连接 用12V 的恒压源连接到电路板的正负电源接口，把电路板接地端接 地。 ㈡波形测量波形测量 用示波器观测振荡器产生的正弦波、方波、转换后的正弦波和放大还 原的正弦波。注意调节电位器。 ㈢数据的记录㈢数据的记录 波形类型 振荡器产生的 正弦波 方波 转换后的正弦 波 放大还原后的 正弦波 频率HZ振幅V 1000 1000 1000 1000 ㈣数据结果分析㈣数据结果分析 我们用振荡器产生了频率 1000HZ 振幅的正弦波，经过过零比较器后变 为频率 1000HZ 振幅的方波，在经过我们的滤波电路，把方波转换为频率 1000HZ 振幅的正弦波，最后经放大器放大还原为频率 1000HZ 振幅的正弦 波。虽然实际值和理论值有一些小小的误差，但实验还是得到了正确的结 果。 八．总结八．总结 ㈠设计过程中遇到的问题㈠设计过程中遇到的问题 因为第一次做类似的设计电路，很多地方不清楚，都是在摸索中进行 的。遇到了很多大小的问题。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.元件的参数确定是大多是参照我们查找的电路，稍作修改。自己很少 从设计的角度来理论计算。 3.仿真时有时候是正确的波形，感觉没有动它一会儿又出了问题。 4.在焊接电路板时，各个元件的引脚很细很密，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的信号用导线连接到排针上方便检测。 5.第二次检测时感觉是那些地方短路了，做了修改后再去检测，后面几 步都有波形但是第一步（振荡器）没有成形的正弦波。我们认为是振荡器的 两个电位器的阻值没调好。 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 是变大或变小，只有一通乱调，后来才想到用万用表测它的电阻。 7.最初我们的电位器只用到了两个引脚，认为连接方式和滑动变阻器类 似，后来听说得三个脚都用到，中间和两侧中的一个串联再外接。 8.经过种种改善和调试都不行，我们打算新做了一个电路板，在焊接的 时候我没看见新的 LM324n芯片，想把它换在旧板上试一试，结果调试出了 波形，虽然最后的正弦波有失真，但前面振荡器产生的正弦波和方波都是可 以的，频率都可以通过电位器调到 1000HZ ,幅值也可以调节。主要是最后的 转换后的正弦波有些失真，放大后也存在失真。 9.由于失真，我们检查后把电容 C3 由原来的 改为 1uF（好像 C3 电容原 本不是它所标注的），波形不失真，但是最后放大器放大的幅度只能达到初 始正弦波的 1/2，再调大就波峰就截止了。我们有尝试改小电容 C4 和 C5。 10. 为了进一步完善，我们把相关的电阻和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，终于得到了正确的结果 11同时我们也没停下第二块的电路板的制作，希望第二块能吸取第一 块的经验做的更完善。但第二块也许是没有充足的精力和时间，波形还是存 在失真，我们决定还是采用第一块电路板。 ㈡心得体会㈡心得体会 第一次设计制作电路，虽然遇到了很多现在看来很低级的错误，也好像 花了很多的时间做了无