方波转三角波转正弦波信号.docx

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方波转三角波转正弦波信号

成绩

课程设计报告

题目方波、三角波、正弦波信号

发生器设计

课程名称模拟电子技术课程设计

院部名称机电工程学院

专业电气工程及其自动化

班级

学生姓名

学号

课程设计地点

课程设计学时1周

指导教师

1、绪论············································································3

1.1课程设计目的··························································3

1.2课程设计的任务························································3

1.3课程设计的技术指标··················································3

2、信号发生器的基本原理····················································4

2.1原理框图·································································4

2.2总体设计思路···························································4

3、各组成部分的工作原理···················································5

3.1正弦波产生电路·······················································5

3.1.1正弦波波产生电路的工作原理·································5

3.2正弦波到方波转换路··············································6

3.2.1正弦波到方波转换电路图····································7

3.2.2正弦波到方波转换电路的工作原理························7

3.3方波到三角波转换电路··············································7

3.3.1方波到三角波转换电路图····································8

3.3.2方波到三角波转换电路的工作原理························9

4、电路仿真结果·······························································10

4.1正弦波产生电路的仿真结果·········································10

4.2三角波到正弦波转换电路的仿真结果······························10

4.3方波到三角波转换电路的仿真结果································10

5、设计结果分析与总结·······················································11

1.绪论

1.1课程设计的目的

课程设计的目的在于巩固和加强电子技术理论学习，促进其工程应用，着重于提高学生的电子技术实践技能，培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力，了解开展科学实践的程序和基本方法，并逐步形成严肃、认真、一丝不苟、实事求是的科学作风和一定的生产观、经济观和全局观。

1.2课程设计的任务

设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器。

1.3课程设计的技术指标

.设计.组装.调试函数发生器2.输出波形正弦波.方波.三角波3.频率范围0.02—20kHZ范围内可调4.输出电压方波幅值为5V正弦波幅值为±5V三角波峰-峰值为5V占空比可调。

1.4课程设计题目及要求

信号发生器是一种能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。

函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途，可以用于生产测试、仪器维修和实验室，还广泛使用在其它科技领域，如医学、教育、化学、通讯、地球物理学、工业控制、军事和宇航等。

它是一种不可缺少的通用信号源。

产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如：

①首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；②也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波；③也可以通过单片集成函数发生器8038来实现……。

先是对电路的分析，参数的确定选择出一种最适合本课题的方案。

在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。

然后运用仿真软件Multisim对电路进行仿真。

观察效果并与课题要求的性能指标作对比。

2、信号发生器的基本原理

2.1原理框图

2.2总体设计思路

函数发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路或仪器。

根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件（如低频信号函数发生器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8038）。

为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。

产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。

本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，

本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：

由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，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。

3、各组成部分的工作原理

3.1正弦波产生电路

3.1.1正弦波产生电路的工作原理

图为RC桥式正弦波振荡器。

其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R6、R5、RW及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。

调节电位器RW，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。

利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。

D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。

R8的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。

电路的振荡频率

起振的幅值条件

Rf/R5≥2　

式中Rf＝RW＋R7＋（R8//rD），rD—二极管正向导通电阻。

　　调整反馈电阻Rf（调RW），使电路起振，且波形失真最小。

如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大Rf。

如波形失真严重，则应适当减小Rf。

改变选频网络的参数C或R，即可调节振荡频率。

一般采用改变电容C作频率量程切换，而调节R作量程内的频率细调。

反馈网络1反馈系数为FV=VF/V0=sCR/1+3sCR+s2C2R2

就实际的频率而言，可用s=jω替换，则得

如令

则上式变为

由此可知RC串并联选频网络的幅频响应

当

或

时，幅频响应的幅值为最大，即

FVMAX=1/3

这就是说，当

时，输出电压的幅值最大，并且输出电压是输入电压的1/3

同时输出电压与输入电压同向。

所用元件：

电阻，电容，二极管，LM324运算放大器，滑动变阻器

元件参数:

R全部取10kΩ，电容全部取100nF，运算放大器两端电压为-5v，5v。

3.2正弦波到方波的转化电路

3.2.1正弦波到方波的转化电路图

3.2.2三角波到正弦波转换电路的工作原理

在单限比较器中，输入电压在阀值电压附近的任何微小变化，都将引起输出电压的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。

因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。

而滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因此也就具有一定的抗干扰能力。

从反向输入端输人的滞回比较器电路如图所示，滞回比较器电路中引人了正反馈。

从集成运放输出端的限幅电路可以看出，UO＝±UZ。

集成运放反相输人端电位UP＝UI同相输入端电位。

UT1=

UREF-

UZ

UT2=

UREF+

UZ

本电路中UREF=0，所以

UT1=-

UZ

UT2=

UZ

集成运放处于开环状态，工作在非线性区，输入信号Ui加在正向输入端，当输入信号为正时，即U+为正时，U+>U-，则输出为正。

当输入信号为负时，即U+为负时，U->U+，则输出为负，如此周而复始，在集成运放输出端便得到了矩形波。

所用元件：

LM339运算放大器，正负5v直流电源，以及3.1中的元件

元件参数：

R1，R102KΩ，R2100KΩ,R91KΩ,R1110KΩ

3.3方波到三角波转换电路

3.3.2方波到三角波转换电路的工作原理

积分电路分工为：

U0=-

+u0（t1）

当电源接通时，假设电容器初始电压为零，集成运放A2输出电压为正饱和电压值+Uz，积分器输入为+Uz，电容C开始充电，输出电压Uo3开始减小，u+值也随之变小，当Uo3减小到-（R9*Uz）/R10时.u+由正值变为零，滞回电压比较器A2翻转，集成运放A2的输出Uo2=-Uz.

当Uo2=-Uz时，积分器输入负电压，输出电压Uo3开始增大，u+值也随之增大，当Uo3增加到（R9*Uz）/R10时，u+由负值变为零，滞回电压比较器A1翻转，集成运放A2的输出Uo2=Uz,

此后，上述过程不断重复，便在A2的输出端得到幅值Uz的矩形波，A3输出端得到三角波。

电仿真中信号源为方波，f0=1Kz,Umax=2V,

电路中R=10K，C=1.1uF,

由公式U0=-

+u0（t1）取四分之一同则

T从0ms到0.25ms

U0=-1/（104×1.1×10-6）×0.25×10-3t+2

所用元件：

电阻，电容，LM324运算放大器，正负5v直流电源。

元件参数：

R13=9.1KΩ，R12=10KΩ,R14=100KΩ,C=100nF

4、电路仿真结果

4.1正弦波波产生电路的仿真结果

4.2三角波到正弦波转换电路的仿真结果

4.3方波到三角波转换电路的仿真结果

5、设计结果分析与总结

该电路分为三部分，第一部分为RC桥式正弦振荡电路，其功能是利用RC振荡产生特定频率的正弦波；第二部分为电压比较器电路，其功能为将正弦波转成方波；第三部分为积分电路，其功能为利用积分电路将方波转成三角波；

在正弦波产生电路中f=1/（2∏RC）,改变RC的值可以改变电路的信号频率，在电压比较器中，改变参考电压UREF的值可以改变方波的比例。

本次试验是本人第一次亲身体会自己动手查资料、设计电路、仿真等过程，个人感觉收获很大。

每当电路要成功时，当时的心情是那么的激动，但是前几次都没有成功，在我的不断努力、不断探索、不断查资料之下，终于将电路设计成功，在成功之时心情真的是好极了！

当本人拿到课程设计题目时感觉很茫然，不知道从何入手，只有一张设计要求、没有工具、没有资料、没有材料，如何能完成设计要求呢！

后来经过本人上网查资料了解到电路设计好了之后可以使用Multisim对其进行仿真，无需将电路事物图做出来。

用Multisim10对电路进行仿真真的很方便，而且安全，还便于对电路进行修改。

在实验过程中，我遇到了不少的问题。

比如：

波形失真，甚至不出波形一样的问题。

在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啊。

实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，只知其一不知其二，还有待加强。

参考文献

1.康华光.《电子技术基础》模拟部分（第五版）.高等教育出版社.2007

2.杨欣.莱.诺克斯.王玉凤.刘湘黔.《电子设计从零开始》第2版.清华大学出版社，2010

3.郭培源.《电子电路及电子器件》（第2版）．高等教育出版社，2003