正弦波方波锯齿波函数发生器材料详实.docx

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正弦波方波锯齿波函数发生器材料详实

课程设计说明书

课程设计名称：

模拟电路课程设计

课程设计题目：

正弦波方波锯齿波函数发生器

学院名称：

信息工程学院

专业：

电子信息工程班级：

学号：

姓名：

评分：

教师：

2011年04月07日

《模拟电路》课程设计任务书

2010－2011学年第2学期　第1周－2周

题目

设计制作一个产生正弦波-方波-三角波函数转换器

内容及要求

①    输出波形频率范围为0.02Hz~20kHz且连续可调；

②    正弦波幅值为±2V，；

③    方波幅值为2V；

④    三角波峰-峰值为2V，占空比可调；

⑤     设计电路所需的直流电源可用实验室电源。

进度安排

1.布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备：

2天；

2.领元器件、制作、焊接：

3天

3．调试：

2天

4.验收：

0.5天

学生姓名：

朱翔

指导时间2011年2月21日～2011年3月4日

指导地点：

E楼610室

任务下达

2011年2月21日

任务完成

2011年3月4日

考核方式

1.评阅□√2.答辩□3.实际操作□√　4.其它□

指导教师

彭嵩

系（部）主任

陈琼

注：

1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

摘要

　　本次课程设计是要求做一个能够产生正弦波-方波-三角波函数转换器.众所周知,制作函数发生器的电路有很多种.本次设计采用的电路是基于运放和晶体二极管的试验电路.

　　由理论分析知,电压比较器可以产生方波,积分电路可以产生三角波,三角波可直接通过RC振荡电路产生.各种波形频率段的调整可以由外电路的改变来实现,例如,改变电容的值.

先收集所有有用的资料，选择好电路图。

　　　　最后使用multisim软件模拟整个制作的电路,在模拟中,要解决出现的种种问题.

关键字：

RC振荡，电压比较器，积分电路

第一章设计的目的及任务…………………………………………………5

1．1课程设计的目的……………………………………………5

1．2课程设计的任务与要求……………………………………5

1．3课程设计的技术指标………………………………………5

第二章总体电路设方案……………………………………………………6

2.1正弦波发生电路的工作原理…………………………………6

2.2正弦波转换方波电路的工作原理……………………………9

2.3方波转换成三角波电路的工作原理…………………………11

2.4总电路图………………………………………………………12

第三章单元电路设计…………………………………………………………13

3.1正弦波发生电路的设计………………………………………13

3.2正弦波转换方波电路的设计…………………………………15

3.3方波转换成三角波电路的设计………………………………16

第四章电路仿真……………………………………………………18

4．1电路仿真……………………………………………………18

第五章收获体会……………………………………………………………20

第六章参考文献……………………………………………………………21

附录一……………………………………………………………22

附录二……………………………………………………………23

第一章设计的目的及任务

1．1课程设计的目的：

1．掌握电子系统的一般设计方法

2．掌握模拟IC器件的应用

3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力

4．掌握常用元器件的识别和测试

5．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法

1．2课程设计任务与要求：

1.设计一个能产生正弦波、方波、三角波信号发生器，

2能同时输出一定频率一定幅度的3种波形：

正弦波、和三角波；

3可以用±12V或±15V直流稳压电源供电；

1．3课程设计的技术指标：

1．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：

在0.02Hz-20kHZ范围内可调；

4．输出电压：

方波幅值为2V，三角波幅值为2V，正弦波峰峰值为2V，占空比可调。

第二章总体电路设方案

2.1正弦波发生电路的工作原理:

产生正弦振荡的条件:

正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，我们一般在放大电路中引入正反馈，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。

正弦波产生电路的基本结构是：

引入正反馈的反馈网络和放大电路。

其中：

接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有稳幅特性。

因此，正弦波产生电路一般包括：

放大电路；反馈网络；选频网络；稳幅电路个部分。

正弦波振荡电路的组成判断及分类：

（1）放大电路：

保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，电路获得一定幅值的输出值，实现自由控制。

（2）选频网络：

确定电路的振荡频率，是电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。

（3）正反馈网络：

引入正反馈，使放大电路的输入信号等于其反馈信号。

（4）稳幅环节：

也就是非线性环节，作用是输出信号幅值稳定。

判断电路是否振荡。

方法是：

（1）是否满足相位条件，即电路是否是正反馈，只有满足相位条件才可能产生振荡

（2）放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工作是否合适；

（3）是否满足幅度条件

正弦波振荡电路检验，若：

（1）则不可能振荡；

（2）振荡，但输出波形明显失真；

（3）产生振荡。

振荡稳定后。

此种情况起振容易，振荡稳定，输出波形的失真小

分类：

按选频网络的元件类型，把正先振荡电路分为：

RC正弦波振荡电路；LC正弦波振荡电路；石英晶体正弦波振荡电路。

RC正弦波振荡电路：

常见的RC正弦波振荡电路是RC串并联式正弦波振荡电路，它又被称为文氏桥正弦波振荡电路。

串并联网络在此作为选频和反馈网络。

它的电路图如图

（1）所示：

它的起振条件为：

。

它的振荡频率为：

它主要用于低频振荡。

要想产生更高频率的正弦信号，一般采用LC正弦波振荡电路。

它的振荡频率为：

。

石英振荡器的特点是其振荡频率特别稳定，它常用于振荡频率高度稳定的的场合。

图

（1）

2.2正弦波转换方波电路的工作原理:

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1a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

　　令UN=UP求出的uI就是阀值电压，因此得出

　　输出电压在输人电压u，等于阀值电压时是如何变化的呢？

假设ui<-UT，那么UN一定小于up，因而UO＝+UZ，所以up=+UYO。

只有当输人电压ui增大到+UT，再增大一个无穷小量时，输出电压UO才会从+UT跃变为-UT。

同理，假设UI>+UT，那么UN一定大于up，因而UO＝-UZ，所以up＝-UT。

只有当输人电压UI减小到-UT，再减小一个无穷小量时，输出电压UO才会从-UT跃变为+UT。

可见，UO从+UT跃变为-UT和从-UT跃变为+UT的阀值电压是不同的，电压传输特性如图b）所不。

　　从电压传输特性上可以看出，当-UT＜uI＜+UT时，UO可能是-UT，也可能是+UT。

如果uI是从小于-UT，的值逐渐增大到-UT

曲线具有方向性，如图b）所示。

实际上，由于集成运放的开环差模增益不是无穷大，只有当它的差模输人电压足够大时，输出电压UO才为±UZ。

UO在从+UT变为-UT或从-UT变为+UT的过程中，随着uI的变化，将经过线性区，并需要一定的时间。

滞回比较器中引人了正反馈，加快了UO的转换速度。

例如，当UO＝+UZ、uP=+UT时，只要uI略大于+UT足以引起UO的下降，即会产生如下的正反馈过程：

UO的下降导致uP下降，而UP的下降又使得UO进一步下降，反馈的结果使UO迅速变为－UT，从而获得较为理想的电压传输特性。

本电路中该电路的作用是将正弦信号转变成方波信号，其传输特性曲线如下图所示：

正弦波传输特性

2.3方波转换成三角波电路的工作原理：

当输入信号为方波时，其输出信号为三角波，电路波形图如下：

2.4总电路图

第三章单元电路设计

3.1正弦波发生电路的设计

本电路中采用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，其电路图如下所示

RC桥式正弦振荡电路

该电路Rf回路串联两个并联的二极管，如上图所示串联了两个并联的1BH62，这样利用电流增大时二极管动态电阻减小、电流减小时动态电阻增大的特点，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。

此时输出电压系数为

Au=1+（Rf+rd）/R1

RC振荡的频率为：

f0=1/（2∏RC）

该电路中R=51KC=10nF

f0=1/（2*3.14*51000*10-8）≈312Hz

T=1/f0=1/312=3.2*10-3S=3.2ms

用Multisim10.0对电路进行仿真得到下图

仿真波形

从图中可得出产生的正弦波最大值Umax=13.000V;

T=799.220us×4=3196.88us≈3.2ms.

F0=1/T=312Hz.

仿真得出的数据与理论计算一样，电路正确。

3.2正弦波转换方波电路的设计

本电路中采用滞回电压比较器将正弦波转成方波，其电路原理如下图所示

滞回电压比较器电路原理图

滞回电压比较器原理前面有描述，此处不赘述。

本电路中用到的稳压管为1N5759A，其稳压电压为±1.7V

电路中阈值电压为：

UT1=UREF-UZ

UT2=UREF+UZ

本电路中UREF=0，所以

UT1=-UZ

UT2=UZ

用Multisim10.0对其进行仿真得到如下波形图

波形仿真：

从波形中可以得到方波电压为±0.35V,与理论一样，可得出电路是正确的。

3.3方波转换成三角波电路的设计

本电路中方波转成三角波采用积分电路，其电路原理如下图所示

积分电路图

积分电路分工为：

U0=-+u0（t1）

电路仿真如下图所示

第四章电路仿真

4．1电路仿真

电路总体仿真图如下所示

总电路图如下所示

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，

第五章收获体会

在确定了电路、领好元器件之后，首先对电路进行了布局。

采是的方法是逐一焊接电路。

首先选择一个波形电路来焊接，在焊接完电路后并检查完一些焊接