方波三角波正弦波转换设计.docx
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方波三角波正弦波转换设计
电子课程设计报告
函数发生器设计
姓名：
范学升
专业：
电子信息科学与技术
班级：
10级1班
学号：
1001050903
指导教师：
王桂海
信息科学与工程学院电子信息系
2012年6月10日
摘要
波形发生器广泛的应用于各大院校和科研场所。
随着社会的发展、科技的进步，单一的波形发生器已经不能满足人们的需求，而本文设计的正是通过积分电路、差放电路来实现多种波形发生器。
通过本次设计巩固和加强电子技术理论学习，促进工程应用，提高实践技能，培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。
关键词：
发生器积分电路实践
•设计要求...........................................................3
1.前言..............................................................3
2.方波、三角波、正弦波发生器方案....................................3
3.各部分组成的工作原理..............................................43.1方波--三角波转换电路的工作原理...............................43.2三角波--正弦波转换电路的工作原理.............................5
3.3总电路图.....................................................6
4.部分元器件参数的计算..............................................6
5.Multisim电路仿真.................................................7
5.1输出方波电路的仿真...........................................7
5.2方波--三角波电路的仿真.....................................85.3三角波--正弦波电路的仿真.....................................8
6.电路安装与调试....................................................8
7.实验总结..........................................................9
8.参考文献..........................................................9
9.附录..............................................................9
方波—三角波—正弦波函数发生器
设计要求
1、频率范围1~10HZ，10~100HZ
2、输出电压方波Up-p
24V、三角波Up-p=8V、正弦波Up-p
8V
1、前言
在人们认识自然、改造自然地过程中，经常需要对各种各样的电子信号进行测量，因而如何根据被测量电子信号的不同特征和测量要求，灵活、快速的选择不同特征的信号源成了现代测量技术值得深入研究的课题。
信号源主要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所需参数。
可见信号源在各种实验应用和实验测试中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量和各种实际需要。
波形发生器就是信号源的一种，能够给被测电路提供所需要的波形。
波形发生器多采用模拟电子技术，通过分立元件的组合有效地实现方波、三角波、正弦波的转换。
2、方波、三角波、正弦波发生器方案
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、各部分组成的工作原理
3.1方波--三角波转换电路的工作原理
上图所示电路能自动产生方波—三角波。
原理：
当a点断开，A1与R1、R2、RP1组成电压比较器，R1为平衡电阻，C1可加速比较器的翻转。
A1反相端接基准电压，同相端接输入电压；比较器的输出Uo1高电平等于+VCC,低电平等于-VEE，当比较器V+=V-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平，或从低电平跳到高电平。
设Uo1=+VCC，则
所以
其输入信号为方波Uo1时，则输出积分器的电压为
当Uo1=+VCC时
当Uo1=-VEE时
可见，当积分器输入为方波时，输出的是一个上升速率与下降速率相等的三角波，波形如下图所示。
a点闭合，形成闭环电路，则自动产生方波—三角波。
三角波的幅度
方波-三角波的频率为
由上分析可知：
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，通过C2可以改变频率的范围。
②方波的输出幅度应等于电源电压。
三角波的输出幅度应不超过电源电压。
电位器RP1可实现幅度上下微调，但会影响波形的频率。
3.2三角波--正弦波转换电路的工作原理
用差分放大器作三角波—正弦波的变换电路，利用差分对管的饱和与截止特性进行变换。
差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。
特别是做直流放大器时，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。
其中RP1调节三角波的幅度，RP2调整电路的对称性，RE2用来减小差分放大器的线性区。
C1、C2、C3为隔直电容，C4为滤波电容，滤除谐波分量，改善输出波形。
3.3总电路图
4、部分元器件参数的计算
比较器A1与积分器A2的元件计算如下。
由于
因此
取R3=10kΩ,则R3+RP1=30kΩ，取R3=20kΩ,RP1为47kΩ的电位器。
取平衡电阻R1=R2/（R3+RP1）≈10kΩ。
因为
当1Hz≤f≤10Hz时，取C2=10μF，则R4=5.1kΩ，RP2=100kΩ。
当10Hz≤f≤100Hz时，取C1=1μF以实现频率波段的转换，R4、RP2的值不变。
取平衡电阻R6=10kΩ。
三角波—>正弦波变换电路的参数选择原则是：
隔直电容C3、C4、C5要取得较大，因为输出频率很低，取C3=C4=C5=470uf，滤波电容C6视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，C6可取得较小，C6一般为几十皮法至0.1微法。
R5=3kΩ与RP4=1.2kΩ相并联，以减小差分放大器的线性区。
差分放大器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R12确定。
5、Multisim电路仿真
5.1输出方波电路的仿真
5.2方波--三角波电路的仿真
5.3三角波--正弦波电路的仿真
6、电路安装与调试
①由于比较器A1与A2组成正反馈闭环电路，同时输出正弦波与三角波，故可同时安装。
在安装RP1与RP2前，要先调整到设计值，否则电路可能不起振。
接通电源微调RP1，调整使三角波的输出波形，调节RP2可改变输出频率。
三角波—正弦波变换电路调试。
将RP3与C4连接，调节RP3使三角波输出幅度等于Vidm值，再调整C6改善波形。
当出现如下情况时：
•钟形失真传输特性曲线的特性区太宽，应减小R5。
•半波圆顶或平顶失真传输特性曲线对称性差，应调R12、RP4。
•非线性失真三角波的线性度较差引起的失真，主要受运放性能的影响。
可在输出端加滤波网络改善输出波形。
7、实验总结
这次课程设计让同学们懂得了专业基础知识的重要性，没有好的理论基础就不可能有实践的正确性。
通过这次课程设计，加强了同学们的动手、思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中，边看书边做设计，上网及去图书馆借资料查阅，与同学的探讨，更加增强了理论水平和实践能力。
彻悟学海无涯只有苦来作舟，学无止境只有书来作伴。
从理论到实践，使同学们不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且会学到很多在书本上所没有学到过的知识。
在设计中遇到了很多问题，但要更加认真的去做，这样才可以不断地提高自己。
8、参考文献
【1】谢自美《电子线路设计•实验•测试》华中科技大学出版社
【2】梁宗善《电子技术基础课程设计》华中理工大学出版社
【3】童诗白《模拟电子技术基础》高等教育出版社
9、附录
仪器仪表清单
元器件名称
大小
单位
数量
集成运放
LM741
2片
电容
470
uf
3个
10
uf
2个
1
uf
1个
0.1
uf
1个
500
pf
1个
电阻
10
kΩ
4个
20
kΩ
1个
5.1
kΩ
1个
8
kΩ
1个
6.8
kΩ
2个
100
kΩ
1个
2
kΩ
2个
滑动变阻器
47
kΩ
2个
100
kΩ
1个
1200
Ω
1个
三极管2N2219
2N2219
4个
单刀双掷开关
1个
示波器
3个
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