正弦波方波的相互转换

. 资料 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 2013 年 7 月 10 日 资料 目录目录 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 的正弦信号 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．设计步骤及参数的确定 . 4 ㈠用运算放大器产生 1000HZ 的正弦信号 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的波形 .6 ㈡用放大器放大振幅还原后的波形 . 7 六．电路板的制作 . 7 ㈠画图 . 7 ㈡元器件清单 . 8 ㈢实物焊接 . 8 七．电路的调试 . 8 ㈠电路连接 . 8 ㈡波形测量 . 8 ㈢数据的记录 . 8 八．总结 . 9 ㈠设计过程中遇到的问题 . 9 ㈡心得体会 10 . 资料 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. 2. 3. 4. 用运算放大器产生一个 1000HZ 的正弦波信号。 将此正弦波转换为方波。 再将此方波转换为正弦波。 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 产生正弦波产生正弦波 过零比过零比 较器较器 转换为转换为 方波方波 滤滤 波波 电电 路路 放大还原放大还原 正弦波正弦波 同向放同向放 大器大器 转换为转换为 正弦波正弦波 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。 . 资料 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。f=1/2ΠRC 。 f=1000HZ，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。 . 资料 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：A=1+R12/R11 。所以确定R11=8k 欧姆，R12=1k 欧姆。 . 资料 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 . 资料 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：9.8V ， 频率：1000HZ 。 由方波转换的正弦波： 振幅：1.1V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：9.8V；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 PCB 模式。整理 PCB 版面上的元件布局，尽量避免导线的交叉。 . 资料 ㈡元器件清单㈡元器件清单 元器件元器件 名称名称 电阻 电容 电位器 二极管 芯片 型号参数型号参数 ( (欧姆欧姆) ) 5.1K 2.7K 1K 10K 15nF 33nF 1uF 10K 20K 1N4001 LM324N 数量数量 （个） 1 1 2 2 2 2 1 3 1 2 1 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㈡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 频率(HZ) 1000 1000 振幅(V) 9.8 13.4 . 资料 转换后的正弦波 放大还原后的正 弦波 ㈣数据结果分析㈣数据结果分析 1000 1000 1.1 9.8 我们用振荡器产生了频率1000HZ 振幅 9.8V 的正弦波，经过过零比较器后变为频率 1000HZ 振幅 13.4V 的方波，在经过我们的滤波电路，把方波转换为频率 1000HZ 振幅 1.1V 的正弦波，最后经放大器放大还原为频率 1000HZ 振幅 9.8V 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