正弦波及方波的相互转换.doc

物理与电子工程学院 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 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 正弦函数发生器 一．设计要求 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 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。 三．设计方案 ㈠用运算放大器产生1000HZ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。 ㈡ 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 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 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 ㈠用运算放大器产生1000HZ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 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 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 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。 ㈤整体电路原理图 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 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 放大还原后的正弦波： 幅度：9.8V；频率：1000HZ。 六．电路板的制作 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。 ㈡元器件清单 元器件 名称 型号参数 (欧姆) 数量 （个） 电阻 5.1K 1 2.7K 1 1K 2 10K 2 电容 15nF 2 33nF 2 1uF 1 电位器 10K 3 20K 1 二极管 1N4001 2 芯片 LM324N 1 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 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 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 波形类型 频率(HZ) 振幅(V) 振荡器产生的正弦波 1000 9.8 方波 1000 13.4 转换后的正弦波 1000 1.1 放大还原后的正弦波 1000 9.8 ㈣数据结果分析 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