基于Multisim的方波、三角波和正弦波发生器.doc
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课程:
Multisim课程设计
班级:
10电信本2班
姓名:
622
学号:
100917024
教师:
吕老师
课程设计----
基于Multisim的方波、三角波和正弦波发生器
一.设计目的
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
二.设计要求
能够同时显示出方波、三角波和正弦波。
三.设计原理
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,
本课程设计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。
低通滤波器
积分电路
电压比较器
图1原理框图
方波发生电路工作原理
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。
方波---三角波转换电路的工作原理
图2方波—三角波转换电路原理
若a点断开,运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器,C1为加速电容,可加速比较器的翻转。
运放的反相端接基准电压,即U-=0,同相输入端接输入电压Uia,R1称为平衡电阻。
比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc,低电平等于负电源电压-Vee(|+Vcc|=|-Vee|),当比较器的U+=U-=0时,比较器翻转,输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。
设Uo1=+Vcc,则
将上式整理,得比较器翻转的下门限单位Uia-为
若Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位Uia+为
比较器的门限宽度
由以上公式可得比较器的电压传输特性,如图3-71所示。
a点断开后,运放A2与R4、RP2、C2及R5组成反相积分器,其输入信号为方波Uo1,则积分器的输出Uo2为
时,
时,
可见积分器的输入为方波时,输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波,其波形关系下图所示。
a点闭合,既比较器与积分器首尾相连,形成闭环电路,则自动产生方波-三角波。
三角波的幅度为
方波-三角波的频率f为
由以上两式可以得到以下结论:
1.电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时,不会影响输出波形的幅度。
若要求输出频率的范围较宽,可用C2改变频率的范围,PR2实现频率微调。
2.方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc。
三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc。
电位器RP1可实现幅度微调,但会影响方波-三角波的频率。
三角波---正弦波转换电路的工作原理
图3三角波—正弦波转换电路原理
三角波——正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。
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,可以有效的抑制零点漂移,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。
分析表明,传输特性曲线的表达式为:
式中
——差分放大器的恒定电流;
——温度的电压当量,当室温为25oc时,UT≈26mV。
如果Uid为三角波,设表达式为
式中 Um——三角波的幅度;
T——三角波的周期。
方波—三角波—正弦波电路
图4方波—三角波—正弦波发生电路
四.电路仿真
图5方波输出仿真
图6三角波输出仿真
图7正弦波输出仿真
图8方波—三角波转换仿真
图9三角波—正弦波转换仿真
仿真结果基本符合课程设计要求。