電力電子方波到三角波轉(zhuǎn)換Multisim仿真設(shè)計(jì) 文檔和仿真文件

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波形變換—方波到三角波

【摘要】：本設(shè)計(jì)介紹了波形發(fā)生器的制作和設(shè)計(jì)過程,并根據(jù)輸出波形特性研 究該電路的可行性。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種能產(chǎn)生方波----三角波的模塊電路,包括了原理圖和仿真圖。該電路有主要由積分器、比較器、LM741 集成運(yùn)算放大 器，通過用雙蹤示波器來確定各種波形的幅值及可調(diào)頻率的上限和下限。重點(diǎn)闡述了發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)及工作原理，分析了單元電路的制作和工作過程并進(jìn)行了調(diào)試，調(diào)試結(jié)果表明設(shè)計(jì)的電路是可行的。

1、  設(shè)計(jì)的目的及技術(shù)指標(biāo)與要求1.      設(shè)計(jì)目的

（1）掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法；

（2）會(huì)運(yùn)用Multisim工具對(duì)所作出的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬仿真測(cè)試，進(jìn)一步完善理論設(shè)計(jì)；

（3）通過查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，熟悉常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選用元器件的原則；

（4）掌握模擬電路的安裝，測(cè)量與調(diào)試的基本技能,熟悉電子儀器的正確使用方法，能分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的正常或不正常現(xiàn)象(或數(shù)據(jù))獨(dú)立解決調(diào)試中所發(fā)生的問題；

（5）學(xué)會(huì)撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告；

（6）培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來指導(dǎo)實(shí)踐的能力。

2.      設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)

    輸出波形：方波－三角波；

2、           總體方案論證

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路。 函數(shù)發(fā)生器有很寬的頻率范圍，使用范圍很廣，它是一種不可缺少的通用信號(hào)源。 函數(shù)發(fā)生器作為一種常用的信號(hào)源,是現(xiàn)代測(cè)試領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的通用儀器之一，在研制、生產(chǎn)、測(cè)試和維修各種電子元件、部件以及整機(jī)設(shè)備時(shí)，都學(xué)要有信號(hào)源，由它產(chǎn)生不同頻率不同波形的電壓、電流信號(hào)并加到被測(cè)器件或設(shè)備上，用其他儀器觀察、測(cè)量被測(cè)儀器的輸出響應(yīng)，以分析確定它們的性能參數(shù)。信號(hào)發(fā)生器是電子測(cè)量領(lǐng)域中最基本、應(yīng)用最廣泛的一類電子儀器，可以產(chǎn)生多種波形信號(hào),如正弦波,三角波,方波等。

實(shí)現(xiàn)方波到三角波的變換有以下三種方案：

（1）由RC橋式電路產(chǎn)生正弦波，再由正弦波經(jīng)比較器電路產(chǎn)生方波，再由方波經(jīng)積分電路產(chǎn)生三角波。

（2）用5G8038集成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器所需信號(hào)。接入外部電路后5G8038的9、3、2引腳就分別產(chǎn)生方波、三角波、正弦波。頻率調(diào)節(jié)部分通過其他引腳接外電路來實(shí)現(xiàn)，然后從5G8038出來經(jīng)過選擇開關(guān)選擇所需的波形進(jìn)入LM31D8進(jìn)行放大和幅度調(diào)節(jié)最后從LM31D8出來的波即為頻率和幅度可調(diào)的方波，三角波和正弦波。5G8038如圖 1所示。

圖 1  5G8038集成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

（3）由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分電路得到三角波，三角波到正弦波由差分式放大電路完成。差分放大電路具有工作穩(wěn)定、輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正波。設(shè)計(jì)框圖如圖 2所示。

圖 2 由比較器與積分器組成的函數(shù)發(fā)生器

3、           單元電路圖設(shè)計(jì)及各部分功能1.      工作原理1.1          方波產(chǎn)生電路原理

方波產(chǎn)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生方波或矩形波的非正弦信號(hào)發(fā)生電路。由于方波或矩形波包含極豐富的諧波，因此，這種電路又稱為多諧振蕩電路。

         

圖 6 方波產(chǎn)生電路

矩形波產(chǎn)生電路如圖 6所示，它是在遲滯比較器的基礎(chǔ)上，把輸出電壓經(jīng)

、C反饋集成運(yùn)放的反相端。在運(yùn)放的輸出端引入限流電阻R和兩個(gè)穩(wěn)壓管而組成的雙向限幅電路。

在接通電源的瞬間，電路的輸出電壓究偏于正向飽和還是負(fù)向飽和，純屬偶然。設(shè)輸出電壓偏于負(fù)飽和值，即

時(shí)，則集成運(yùn)放同相端的電壓為

                  

而

時(shí)電容反向充電， 由零變負(fù)。在 高于 之前， 不變。當(dāng) 下降到略低于 時(shí)， 從–VZ跳變到+ VZ。與此同時(shí)，由 變 為 ，而 是電容充電，在 低于 以前， 不變。當(dāng)上升到略高于 時(shí)，從+VZ跳到–VZ。如此循環(huán)不已，產(chǎn)生振蕩，輸出矩形波。

方波產(chǎn)生電路圖如所圖 8示：

圖 8 方波產(chǎn)生電路圖

1.2 方波——三角波轉(zhuǎn)換電路的原理

  產(chǎn)生三角波利用的是積分電路的原理

由于反相輸入， ，故   上式表明 與 的積分成比例，式中的負(fù)號(hào)表示兩者相反， 稱為積分時(shí)間常數(shù)。當(dāng)為階躍電壓時(shí)， 。當(dāng)積分電路的輸入為方波時(shí)，電路將輸出三角波。

圖 9 三角波產(chǎn)生電路圖

2.      電路元器件2.1  芯片741工作原理及原理圖

741型運(yùn)算放大器具有廣泛的模擬應(yīng)用。寬范圍的共模電壓和無阻塞功能可用于電壓跟隨器。高增益和寬范圍的工作電壓特點(diǎn)在積分器、加法器和一般反饋應(yīng)用中能使電路具有優(yōu)良性能。此外，它還具有如下特點(diǎn):無頻率補(bǔ)償要求;短路保護(hù);失調(diào)電壓調(diào)零;大的共模、差模電壓范圍;低功耗。

741型運(yùn)放雙列直插封裝如圖10（a）所示。緊靠缺口下方的管腳編號(hào)為1，按逆時(shí)針方向編號(hào)。其中，管腳2為運(yùn)放反相輸入端，管腳3為同相輸入端，管腳6為輸出端，管腳7為正電源端，管腳4為負(fù)電源端，管腳8為空端，管腳1和5為調(diào)零端。通常，在兩個(gè)調(diào)零端接一幾十千歐的電位器，其滑動(dòng)端接負(fù)電源，如圖10（b）所示。調(diào)整電位器，可使失調(diào)電壓為零。

     （a）                                  （b）

圖 10  741原理圖

2.2              二極管02DZ4.7

由兩個(gè)02DZ4.7二極管組成了一個(gè)穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管的作用是限制和確定方波的幅度，因此要根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的方波幅度來選擇穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。此外，方波幅度和寬度的對(duì)稱性也與穩(wěn)壓管的對(duì)稱性有關(guān)，為了得到對(duì)稱的方波輸出，通常應(yīng)選用高精度的雙向穩(wěn)壓管。R2為穩(wěn)壓管的限流電阻，其值由所選用的穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流決定。

2.3              頻率與電容C

4、           元器件選型及其清單

元器件名稱	個(gè)數(shù)	型號(hào)	主要參數(shù)
運(yùn)算放大器	2	741
示波器	1
可調(diào)電阻	1		50k
電阻	5	R	20k,5.1k,10k
電容	1	C	0.1μF
直流穩(wěn)壓電源	4		±12V
二極管	2	02DZ4.7

5、           總電路圖

6、           電路仿真結(jié)果

7、  設(shè)計(jì)總結(jié)

通過本課題的設(shè)計(jì)，我感慨頗多，從拿到課題到定稿，從理論到實(shí)踐，在設(shè)計(jì)的過程中,可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。因?yàn)檫@次設(shè)計(jì)需要?jiǎng)幽X動(dòng)手，把自己課堂上學(xué)到的軟件和硬件知識(shí)全部應(yīng)用進(jìn)來。要想完成好這次設(shè)計(jì)，必須熟悉模擬電子技術(shù)理論知識(shí)，與外部電路的連接。這其中有以前課堂上學(xué)過的也有需要我們自學(xué)研究的，這不僅考察了自己原來的知識(shí)程度還加強(qiáng)了我們獨(dú)立獲取知識(shí)并加以運(yùn)用的能力。

通過這次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)函數(shù)發(fā)生器的了解擴(kuò)寬了，對(duì)模擬電子技術(shù)和外圍電路的認(rèn)識(shí)也更為清晰了，這為我以后工作提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在摸索改如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中還培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了實(shí)際動(dòng)手能力，讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)電路的艱辛的同時(shí)，更讓我體會(huì)到了成功的喜悅。時(shí)間很快過去了，看著自己的勞動(dòng)成果，心里滿是欣慰。最后，感謝老師和同學(xué)們的悉心指導(dǎo)和幫助。

方波轉(zhuǎn)換三角波.zip (1.14 MB, 售價(jià): 3 E幣)

2021-7-2 16:54 上傳

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