1、电路 CAD 课程设计报告题 目 波形发生器 学生姓名 学 号 学 院 专 业 指导教师 年 月 日摘 要电路 CAD 即电路的计算机辅助设计。电路的计算机辅助设计分析是电路设计的基础，也是设计的一个重要环节，因此早期人们也把它称作电路设计。CAD 有广泛的应用领域，包括机械制造、土木建筑、电子工程、服装设计等领域。随着各种大规模、高密度新型电子元器件的不断涌现，电路的设计越来越复杂，越来越精密。基于这种迫切要求，电路 CAD 的设计手段也发生了翻天覆地的变化。其中的 Protel 和 EWB 成了在中国用的最多的工具，他们功能强大，使用方便，操作快捷，界面友好，是电子设计者的首选软件。波形发
2、生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电压或仪器。当方波电压加在积分运算电路的输入端是，输出就获得三角波电压。而矩形波电压只有两种状态，高电平和低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。本次设计的要求是使用集成运算放大器设计一个能产生方波和三角波的波形发生器。关键词：波形发生器，方波，三角波 目 录1 设计任务.12 方案选择 .22.1 *.12.2 *.33 单元电路设计.33.1
3、 *.33.2 *.43.3 * .54 电路参数确定.62.1 *.62.2 *.75 用 EWB 进行电路分析与仿真.86 用 Protel 绘制点原理图和电路板图7 心得体会一、设计任务1.设计要求：使用集成运放设计一个波形发生器，产生一个频率为 fo = 5 kHz 的方波，其电压幅度为+ Vs = | Vs| = 14V。同时产生一个频率为 fo = 5kHz 的三角波，其幅度为+ Vt = | Vt| = 5V。波形发生器方框图见图（图 1） 。2.设计任务：（1）方波发生器设计；（2）三角波发生器设计；（3）电源电路设计。二、方案选择波形发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方
4、波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电压或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的波形发生器，使用的器件可以是分立器件（如视频信号函数发生器 S101 全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片函数发生器模块 5G8038） 。本次波形发生器设计要求产生方波和三角波，矩形波发生电路是其它非正弦发生电路的基础，当方波电压加在积分运算电路的输入端是，输出就获得三角波电压。而矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延
5、迟环节来确定每种状态维持的时间。本次波形发生器设计要求产生方波和三角波。滞回比较器具有一定的抗干扰能力，用它可以产生方波。将方波进行积分，可以得到线性度比较好的三角波。因此滞回比较器和积分电路适当的连接起来，即可组成方波三角波发生器。三、单元电路设计方波发生器电路 三角波发生器电路电源电路波形发生器方框图1矩形波发生器电路矩形波发生电路是其它非正弦发生电路的基础，当方波电压加在积分运算电路的输入端是，输出就获得三角波电压。而矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按
6、一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。下图（图 4）是矩形发生器电路，它由反相输入的滞回比较器和 RC 电路组成。RC 回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过 RC 充，放电实现输出状态的自动转换。矩形发生电路原理：将输出电压 U0 经过 RC 积分电路，利用电容的充放电电压取代外加输入信号送入比较器反相端，与同相端上的门限电压相比较，使比较器的输出不断发生转化，从而形成高低电平周期性交替的矩形振荡波形。接通电源的瞬间，电容 C 的初始电压为 0，电路输出电压 U0 使高电平或者低电平是随机的，假设输出电压为高电平 U0=+UZ，则运放的同
7、相输入端电位是 U+=UT+.(1)u0 通过 R 对电容 C 正向充电，使 UC 增加，当 UC 上升到略大于 UT+，比较器输出电压发生反转，U0 由+UZ 变为-UZ ，同相端的电位 U+由 UT+变为UT-。(2)UC 通过 T 对电容反向放电，使 UC 减小，当 UC 减小到略小于 UT-，比较器输出电压发生反转，U0 由-UZ 变为+UZ ，同相端的电位 U+由 UT-变为UT+。2三角形波发生器电路在方波发生电路中，当滞回比较器的阈值电压数值比较小时，可将电容两端的电压看成为近似三角波。但是，一方面这个三角波的线性度较差，另一方面带负载后将使电路的性能产生变化。实际上，只要将方波
8、电压作为积分运算电路的输入，在积分运算的输出就得到三角波电压。如图（6）所示。三角波产生电路3电源电路本设计还要求有电源电路。 稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压 Uo、输出电流 Io、输出纹波电压 U op-p 等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。图（7）为稳压电源.输出电压可调的稳压电源四、电路参数确定已知：三角波的输出幅度为 Uom=R1Uz/R2 三角波的振荡频率为 f2=R2/4R1R4C方波的震荡周期 T=2RC1n(1+2R1/R2)本次设计要求 f=5kHZ,Uo1=14V,Uom=5V.所以
9、设定R1=12k，R2=15k,R3=1k,R5=10k,R6=20k,C1=100F,C2=100 F 。设计可将 R6 变为滑动变阻器，阻值变化范围为 020K|，从而使方波输出电压幅度变为可调的。五、用 EWB 进行电路分析和仿真用 EWB 软件绘制的电路原理如下仿真结果1、2、六、用 Protel 绘制的电路原理图和电路板图1、方波、三角波发生器的设计电路原理图：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA三三三三 三三三三B三三: 25-Dec-201 三 三 三 三三三: C:Documents and SettingsAdministrator三三三三CAD三三三三三三三0
10、8三三MyDesign1.ddb三三:R110kR215kR41kR510kR320kR620kR720kC0.005uFC110uFC210uFD1 D2LM324_3LM324_1LM324_4LM324_2B115VB215VB315VB515VB415VB615VB715VB815V1J1CON11J2CON1三三三三三三三三三三三PCB 板图：库元件名 元件符号 元件参数 元件封装RES2 R1 12K AXIAL0.3RES2 R2 15K AXIAL0.3RES2 R3 1K AXIAL0.3RES2 R5 10K AXIAL0.3CAP C1 100F RAD0.2CAP C2
11、 100F RAD0.2OPAMP LM324_1 运放 DIP8OPAMP LM324_2 运放 DIP8OPAMP uA741_1 运放 DIP8OPAMP uA741_2 运放 DIP8CON J1 三角波测试端 CON1CON J2 方波测试端 CON1DIODE SCHOTTKY D1 稳压管 DIODE0.4DIODE SCHOTTKY D2 稳压管 DIODE0.4七、心得体会由于前面刚学过 Protel 的使用，EWB 的软件使用也比较多，因此在此次课程设计中对电路图的绘制和分析并未遇到太大的困难，只是对电路的设计上没有清晰的认知。不过，在同学的帮助下终于对电路有了清楚的认识。通过这次课设，我深深的认识到了自己的不足和欠缺，同时对又从中学到了很多东西，加深了我对 CAD 软件的认识，实践是检验理论的唯一途径，书上的理论基础都需要我们在平时的生活中或者在今后的工作岗位上实践，我们应该随时做好准备。八、主要参考资料1电子线路 CAD 实用教程潘永雄等西安 电子科技大学出版社2电子电路 EDA夏路易兵器工业出版社3电路 CAD 讲义萧宝瑾太原理工大学4电子技术常用器件手册
