课程设计报告方波三角波正弦波函数转换器.docx

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课程设计报告方波三角波正弦波函数转换器

课程设计报告

设计题目：

方波—三角波—正弦波函数转换器

系别：

电子电气工程系

专业：

电气工程及其自动化

班级：

2011级五班

姓名：

学号：

指导教师：

日期：

1.设计内容级要求

1.1设计内容：

利用模拟电路所学习内容，设计一个函数转换器，使之先产生方波，再由方波产生三角波，再由三角波产生正弦波。

1.2设计要求：

1产生方波的幅值为4V；

2产生三角波的占空比可调，峰-峰值为4V；

3产生正弦波的幅值为±4V；

4设计各部分电路参数；

5用Protel软件绘制所设计电路图；

6用EDA软件或MATLAB软件对所设计电路进行仿真。

7按要求撰写课程设计报告。

2.系统组成及系统设计思路

2.1系统组成：

本系统包括三个部分组成：

第一部分：

比较器电路

第二部分：

积分器电路

第三部分：

差分放大器电路

2.2系统设计思路：

比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。

差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。

特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。

波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。

原理框图：

系统设计总电路图：

3.各单元电路的工作原理

3.1方波产生工作原理：

如图所示为方波产生电路。

此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。

RC回路即作为迟滞环节又作为反馈网络通过RC冲、放电实现输出状态的自动转换。

设某一时刻输出电压Uo=+Uz则同相输入端电位Up=+Ut,Uo通过R3对电容C正向充电如图中箭头所示。

反相输入端电位n随时间的增长而逐渐增高当t趋于无穷时Un趋于+Uz但是Un=+Ut再稍增大Uo从+Uz跃变为-Uz与此同时Up从+Ut跃变为-UT。

随后Uo又通过R3对电容反相充电，如图中虚线箭头所示。

Un随时间逐渐增长而减低，当T趋于无穷大时，Un趋于-Uz。

但是，一旦Un=-Uz再减小UO就从-Uz跃变为+Uz，UO从-Ut跃变为+Ut，电容又开是正向充电。

上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

3.2方波—三角波产生工作原理：

如图所示为方波—三角波产生电路。

在电路的左边为同相滞回比较器，右边为积分运算电路。

同相滞回比较器的输出高低电平分别为Uoh=+Uz，Uol=-Uz积分运算电路的输出电压Uo作为输入电压，A1同相输入端的电位

Up1=uo1·R1/（R1+R2+R6）+Uo·（R2+R6）/（R1+R2+R6）。

令Up1=Un1=0并将uo1=±Uz带入得±Ut=±Uz·R1/（R2+R6）。

合闸通电通常C上电压为0。

设Uo1↑→Up1↑→Uo1↑。

直至Uo1=Uz；积分电路反向积分t↑→Uo↓，一旦Uo过-Ut，Uo1从+Uz跃变为-Uz。

积分电路正向积分t↑→Uo↑，一旦Uo过+Ut，Uo1从-Uz跃变为+Uz，返回第一暂态。

重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。

由于积分电路反向积分和正向积分的电流大小均为Uo1/（R3+R7）使得U0在一个周期内的下降时间和上升时间相等，且斜率的绝对值也相等，因而将方波转换为三角波。

3.3三角波—正弦波产生工作原理：

如图所示为三角波—正弦波产生电路。

该电路利用差分放大电路的非线性传输特性可以实现三角波—正弦波的变换对于典型差分放大电路的差模传输特性，它的输出电流（电压）与差模输入电压之间的关系符合双曲正切函数的变化规律。

当三角波的正负峰值正好对应于差分放大管的截止电压时，晶体管集电极电流接近于正弦波，从而实现了三角波—正弦波的变换。

4.电路仿真与结果分析

4.1电路仿真：

方波电路仿真：

三角波电路仿真：

正弦波电路仿真：

方波—三角波电路仿真：

三角波—正弦波电路仿真：

方波—三角波—正弦波函数转换器电路仿真：

4.2结果分析：

本次设计仿真结果基本与设计要求相符，但是仍然存在误差，同时也存在一些不足的地方，设计方案有待进一步改进。

5.设计心得与体会

通过这次课程设计——方波-三角波-正弦波电流的转换，学习到了多，使我受益匪浅，不仅学习到了专业知识与技能，更重要的是收获到了经验与体会。

实验设计使我掌握了如何识别常用元件，实际操作起来很困难，要将实际和理论联系起来需要不断的下功夫，它和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。