EDA课程设计方波三角波电路设计与仿真.doc

1、 课程设计说明书 NO. 1沈 阳 大 学方波三角波电路设计与仿真课程设计说明书 NO. 2沈 阳 大 学1. 课程设计的目的EDA 技术及应用主要是学习 Multisim 和 Protel2004 两个软件的应用，其目的是：（1）通过解决简单的实际问题巩固和加深在EDA 技术及应用课程中所学的理论知 识和实验技能。（2）训练学生综合运用学过的电子设计自动化技术基础知识，在教师指导下完成查找资料，选择、论证方案，设计电路，运行仿真，设计印制电路板，分析结果，撰写报告等工作。（3）使学生初步掌握利用电子设计自动化工具设计电子电路的一般方法步骤，通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能

2、力和创新能力，为后续课程的学习、毕业设计和毕业后工作打下一定的基础。2. 设计方案论证2.1 设计方案的选择采用传统的直接频率合成器。由集成运放构成的方波和三角波发生器的电路形式很多，但通常由滞回比较器和积分电路构成。按积分电路的不同，又可以分为两种类型：一类是由普通的 RC 积分电路组成，另一类是由恒流充放电的积分电路和滞回比较器组成。在这个的课程设计里是利用常用的方波和三角波发生电路，他是由集成运放组成的积分器和滞回比较器组成的，在滞回由于采用了由集成运算放大器组成的积分器，电容 C 始终处在恒流充放电的状态，使三角波和方波的性能得到很大的改善，不仅能得到线性度较理想的三角波，而且也便于调

3、节振荡频率，所以能很好的显示出方波和三角波，继而达到课程设计的最终结果。2.2 方案的框图 方波三角波结构框图 如图 1 所示：输出方波 输出三角波课程设计说明书 NO. 3沈 阳 大 学图 1 方波三角波结构框图2.3 单元电路设计 2.3.1 单元电路结构矩形波发生电路如图 2 所示： 积分电路如图 3 所示：图 2 矩形波发生电路 图 3 积分电路2.3.2 元件参数计算过程和公式Vo1 是方波输出点、Vo2 为三角波输出点方波和三角波的振荡频率相同，其值为：1254RCf方波的输出幅度由 3 稳压管 Dz 决定，方波经积分后得到三角波，因此三角波输出幅度为：其中 Uz 为稳压管的电压z

4、omURV21在 u=-Uz 期间，积分电路的输出电压 uo 往正方向线性增长，此时 u+也随着增长，当增长至 u+=u-=0 时，滞回比较器的输出电压 uo1 发生跳变，而发生跳变时的 uo值即是三角波的最大值 Uom。将条件 uo1=-Uz， u+=0 和 uo=Uom 代入上式，可得：滞回比较器 积分电路课程设计说明书 NO. 4沈 阳 大 学om)(02121URzR可解得输出幅度为 （Uz 为稳压管的电压）将已知代入公式得z2oUom=6V2.4 方波三角波发生电路组成方波三角波发生电路主要由以下两部分组成如图 4，图 5 所示：图 4 滞回比较器 图 5 积分电路2.5 选定仪器列

5、表在方波三角波发生器中选择的仪器列表如表 1 所示： 表 1 选定仪器列表结构 名称 符号标识 个数电阻 R1、R2 、 R3 3 个集成运放 A 1 个滞回比较器稳压管 D1、D2 2 个电阻 R4、R5 2 个集成运放 B 1 个积分电路电容 C 1 个课程设计说明书 NO. 5沈 阳 大 学2.6 绘制原理图步骤（1）在初始界面上单击 FileNewPCB Project 命令创建新的 PCB 设计项目。执行FileNewSchematic 命令创建新的原理图文件并进入原理图设计环境。（2）执行 DesignDocument Options 命令，设置图纸参数。（3）单击窗口底部的 Li

6、braries 标签，打开元件库管理。单击 Install 按钮，打开对 话框，在其中双击所需元件库。（4）单击 Close 按钮关闭该对话框，元件库安装到库管理面板中，准备工作完成。（5）按照设计的电路图在库元件列表中选择所需元件单击放置按钮将其放置到合适 的位置。双击元件，打开 Component Properties 对话框，在其中设置元件标号，参数值等，单击 OK 按钮关闭对话框。（6）按照设计好的原理图连接好电路图，原理图绘制完毕。 2.7 用 DXP 软件绘制的仿真原理图方波三角波电路仿真原理图如下图 6 所示：图 6 方波三角波电路仿真原理图2.8 仿真类型及参数（1）对于本题目

7、的设计重点是观测 Vo1 和 Vo2 的波形，所以选择的仿真类型是瞬态课程设计说明书 NO. 6沈 阳 大 学分析。它用于求电路的时域响应；在其中可以设置 Start time ,End time,Step time,Max step time 等。而且最重要的是它的分析结果是以波形图的形式显示，这一点符合本设计要求。（2）针对本设计选择的参数是：起始时间为 0 终止时间为 10ms 步长为 20ns 最大步长为 200ns2.9 实验设备及用途（1）集成运放的选择由于方波的前后沿时间和滞回比较器的转换速率有关，当方波频率很高或方波前、后沿要求较高时，应选择高速集成运算放大器来组成滞回比较器。

8、（2）稳压管的选择稳压管的作用是限制和确定方波的幅度。此外，方波幅度和宽度的对称性也与稳压管 的对称性有关。为了得到稳定而且对称的方波输出，通常选用高精度双向稳压管。R3是稳压管的限流电阻，其值根据稳压（3）分压电阻 R1 和 R2 的阻值的确定R1 和 R2 的作用是提供一个随输出方波电压而变化的基准电压，并由此决定三角波的输出幅度。所以 R1 和 R2 的阻值应根据三角波输出幅度的要求来确定。而且当要求三角波的幅度可以调节时，可以选择用电位器来代替 R1、R2。（4）积分元件 R 和 C 参数的确定R 和 C 的值应根据方波和三角波发生器的振荡频率来确定。当分压的电阻 R1 和 R2 的阻

9、值确定后，先选择电容 C 的值，然后确定 R 的值。而且为了减小积分漂移，应尽量将电容 C 的值取大些。但是电容量大的电容漏电也大，所以通常积分电容应不超过1uF。管的稳压电流来确定。2.10 仿真分析步骤（1）进入 Protel DXP 环境界面，安装元件库，常用元件库有 Miscellaneous Devices.IntLib 和 Simulation Sources.Intlib。（2）另外还需要安装 FSC Discrete Diode.IntLib,TI Operational Amplifier。设计仿真原理图，双击仿真元件，设置仿真元件参数。（3）对于普通无源仿真元件如电阻、电容

10、除了设置元件的名称外，还需要对右侧的Parameters for 选项组中设置元件的标注。课程设计说明书 NO. 7沈 阳 大 学（4）对于电源等需要设置较多参数的仿真元件，需要双击对话框右下部的 Models for选项组中双击 Type 选项中的 Simulation 模型，打开仿真模型参数对话框，在 Parameters(参 数)选项卡中设置模型参数， 并根据需要选择是否显示该 参数。 （5）设置仿真 类型和参数，执行 Design Simulation MixSim 命令， 单击如图所示工具栏中的设 置仿真分析按钮，打开仿真 分析参数设置对话框如图 7 所示：图 7 仿真参数设置对话框

11、（6）在分析选项区中选择所需的分析类型瞬态分析，之后打开参数设置对话框，根据需要设置分析参数 。参数为：起始时间、终止时间、步长时间以及最大步长时间。课程设计说明书 NO. 8沈 阳 大 学（7）运行仿真分析，自动进入仿真结果显示环境，观察输出结果。3. 设计结果与分析3.1 仿真波形 （1）Vo1 仿真波形如图 8 所示：图 8 Vo1 矩形波仿真输出波形（2）Vo2 仿真波形如图 9 所示：图 9 Vo2 三角波仿真输出波形3.2 测量值（1）Vo1 频率及幅值如下图 11 所示： （ 2）Vo2 频率及幅值如下图 12 所示：课程设计说明书 NO. 9沈 阳 大 学图 11 矩形波输出波

12、形频率及幅值 图 12 三角形波输出波形频率及幅值3.3 两个波形进行比较两个波形进行比较如下图 10 所示：图 10 两波形进行比较3.4 数据记录 课程设计说明书 NO. 10沈 阳 大 学数据记录如表 5 所示： 表 5 数据记录表观察点 幅值 频率Vo1 6.32V 998HzVo2 6.76V 988Hz3.5 计算与验证（1）频率计算如原理图可知：方波和三角波的振荡频率相同，其值为：1254RCfzomURV21已知：R 1=60K R2=60K R3=2K R4=22K R5=22K C=0.01uF Uz=6V 代入公式中得出 f=998Hz.（ ）125Cf（2）幅度计算由于电路由滞回比较器和积分电路组成，假设 t=0 时积分电容上的初始电压为零，而滞回比较器输出端为高电平，即 uo1=+Uz。根据叠加定理可得o21o21uRR在 uo1=-Uz 期间，积分电路的输出电压 uo 往正方向线性增长，此时 u+也随着增长，当增长至 u+=u-=0 时，滞回比较器的输出电压 uo1 发生跳变，而发生跳变时的 uo 值即是三角波的最大值 Uom。将条件: uo1=-Uz，u+=0 和 uo=Uom， 可得 m)(02121URzR可解得输出幅度为: uo1=-Uz u+=u-=0 （Uz 为稳压管的电压）2omU