EDA课程设计报告.docx
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EDA课程设计报告
EDA课程设计报告
题目：
三角波信号发生器
指导老师：
王代强
姓名：
田宗琴
学号：
PB102027122
摘要
凡是产生测试信号的仪器，统称为信号源，也称为信号发生器。
信号发生
器是根据用户对其波形的命令来产生信号的电子仪器。
信号发生器主要是给被测
电路提供所需要的已知信号（各种波形），然后用其它仪表测量感兴趣的参数。
可
见信号发生器在电子实验和测试处理中，并不测量任何参数，而是根据要求，仿
真各种测试信号，提供给被测电路，以达到测试的需要。
信号发生器作为一种基
本电子设备在教学、科研、电子产品测量与调试、部队设备技术保障等领域，都
有着广泛的应用，它是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。
本文介绍了一种采用比较器产生方波其次由积分器产生三角波的设计方法,然后利用仿真软件画出电路图进行仿真最后分析出产生误差的原因及影响因素。
在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。
当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的信号源。
当测试系统的瞬态特性时，又需使用脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。
并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性。
本设计主要给出方波和三角波信号发生的原理。
关键词：
方波，三角波
II
一序言
信号发生器是一种测量仪器，在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。
当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的信号源。
当测
试系统的瞬态特性时，又需使用脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。
并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性。
本设计主要给出方波和三角波信号发生的原理。
早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。
随着通讯和雷达技术的发展40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。
同时还出现了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。
由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，
功率比较大，电路比较简单，因此发展速度比较慢。
直到1964年才出现第一台全晶体管的信号发生器。
自60年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形，由于模拟电路的漂移较大，使其输出的波形的幅度稳定性差，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形则电路结构非常复杂。
自从70年代微处理器的出现以后，利用微处理器、模数转换器和数模转换器、硬件和软件使信号发生器的功能扩大，产生比较复杂的波形。
这时期的信号发生器多以软件为主就可以得到各种简单的波形。
软件控制波形的一个最大缺点就是输出波形的频率低，这主要是由CPU的工作速度决定的，如果想提高频率可
以改进软件程序减少其执行周期时间或提高CPU的时钟周期，但这些办法是有限度的，根本的办法还是要改进硬件电路。
随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展，极大促进了数字化技术在
III
电子测量仪器中的应用，使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替，从而扩充了仪器信号的处理能力，提高了信号测量的准确度、精度和变换速度，克服了模拟信号处理的诸多缺点，数字信号发生器随之发展起来。
目前信号发生器的基础就是直接数字合成技术，用高速存储器做查询表，通过数字形式存入的波形，由高速数/模转换器产生所需要的波形
IV
二设计任务及要求
1设计目的
通过设计环节的实际训练，加深学生对该课程基础知识和基本理论的理解和掌握，
巩固课堂教学，培养学生综合运用所学知识的能力、动手实践能力以及独立思考能力，使
之在理论分析、设计、计算、制图、运用标准和规范、查阅设计手册与资料以及计算机应
用能力等方面得到初步训练，为以后的学习打下良好的基础，促进学生养成严谨求实的科
学态度。
2设计任务
根据已知条件，设计一种能产生方波，然后完成方波－三角波发生的转换、仿真与调试。
3设计要求
①频率范围100Hz~1KHz，1KHz~10KHz；
A、电路能输方波-三角波等二种波形；
B、输出信号的频率要求可调，三角波Upp≈5V，幅度连续可调，线性失真小方波
Upp≈14V，幅度连续可调，线性失真小。
C、拟定测试方案和设计步骤；
D、根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；
E、测量输出信号的幅度和频率；
F、写出设计性报告
②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。
计算电路元件参数与元件选择、并
画出总体电路原理图，阐述基本原理，并进行仿真。
③调试
5
三电路设计
1方波发生电路的工作原理
此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。
RC回路既作为延迟环节，又作为
反馈网络，通过RC充、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R1对电容C正向充电。
反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦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R1对电容C反向充电。
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=-Ut,
再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。
上述过程周而复始，形成方波输出，图如下
6
该发生器具有负反馈和正反馈，其中电路的正反馈系数为：
F=R2
R1+R2
输出方波高电平的时间间隔为：
T1
=R1C6lnVOH-FVOL
VOH-FVOH
T1
=R1C6lnVOH+FVOH=R1C6ln1+F
VOH-FVOH
1-F
输出方波低电平时的时间间隔为：
T2
-VOL-FVOH
=R1C6
1+F
=R1C6ln
ln
-VOL+FVOL
1-F
周期和频率计算如下：
1+F
T=T1+T2=2R1C6ln
f=
1
T
2方波-三角波转换的工作原理
采用比较器产生方波其次由积分器产生三角波，可见三角波发生器是由方波发生器和反向积分器组成的。
但是要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。
三角波发生器如下图：
7
3总电路图的设计
上图是方波-三角波发生器的电路，主要由比较器和积分器串联组成。
前一部分是比较器，产生方波；后一部分是积分器产生三角波。
下图为波形转换图：
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四参数设置及步骤
1参数设置
根据电路原理图进行瞬态分析，设置相关的参数，电压的大小为
±12V，
方波发生器电容为4.7u，电阻值从上到下分别为70K，5K，1K，50K．而右边的三角波转换器电压也是±12V，电容值是150N，电阻值从左到右分别为25K，10K，50K。
2操作步骤
（1）打开pspise,新建工程，然后在打开的窗口里根据原理图画电路图
（2）根据原理图参数的大小设置元件的参数
（3）进行仿真参数设置
演示步骤如下：
A瞬态分析
9
点create.然后弹出下面窗口，进行参数设置
方波仿真图如下：
10
方波-三角波的仿真图如下：
11
经过调试后的仿真波形如下
B温度分析
经过上述的参数设置后，确定后弹出下图。
12
点击OK后，仿真图如下：
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五总结
在这次课设中我得到的题目是“正弦波－三角波发生器”的设计与制作。
在确定题目后，我首先认真阅读教材，并在网上收集有用资料，把信号发生器的原理
弄清楚后，就开始用仿真软件画图然后经行仿真，此次仿真我用的是pspise仿真软件，它比较好用，仿真简单，操作方便，可是在仿真的过程中我遇到了很多困难，明明是课本上找到的原理图，怎么就是得不到想要的波形，为这个我纠结了好久，最后终于知道问题出在各元件的参数以及参数的配比上，找到问题后我就开始调整参数，以求找到合适的参数，得到符合要求的波形，本以为这是一个简单的步骤，可最麻烦的问题也就出现在这个环节，我整整花了好几天时间来调节参数，这个过程很痛苦，但坚持下来后，终于得到了自己想要的结果，这也让我明白了理论终究是理论，要想得到想要的结果就必须通过实践，根据实际情况来想办法解决问题，这进一步让我领会的课程设计对我们大学生的重要意义，它给我们带来的远远不是几个函数波形这么简单。
从画电路图到仿真出波形整个设计过程，让我深深的体会到在以后的学习中不仅要重视理论学习，更重要的是要多进行实际操作，多实践，让实践去检验理论，通过实践来加深对理论的理解，通过实践来提高学习效率。
希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些！
感谢学校和老师给我们这次机会，锻炼了我们的操作能力。
通过这次课程设计让我明
白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在模电上有很多的知识漏
洞，以后应该多钻研一下；同时也感谢指导老师在设计过程中的辅导以及同学的帮助，让
我在里面学到好多东西。
14
六附：
元件清单
LM741
2
个
电阻
7
个1K70k5k10k50k100k25k
电容
2
个4.7u150N
二级管
2
个
12V电源
4
个
七参考文献
[1]童诗白主编.模拟电子技术基础（第三版）．北京：
高教出版社，2001
[2]章彬宏.模拟电子技术.北京：
北京理工大学出版社，2008
[3]胡宴如主编.模拟电子技术.北京:
高等教育出版社，2000
[4]张立生等.电路与模拟电子技术.北京：
清华大学出版社，2008
[5]吴友宇主编.模拟电子技术基础.北京：
清华大学出版社，
[6]2009许杰.模拟电子线路[M].第一版.北京：
国防工业出版社.2006.196-197[7]韦琳.图解模拟电路[M].第一版.北京：
科学出版社.2006.156-158
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