方波正弦波三角波转换器.docx
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方波正弦波三角波转换器
毕业论文综合实践报告
题目
设计制作一个产生方波-三角波-正弦波函数转换器
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。
摘要
波形发生器已经越来越广泛的运用到我门的日常生活、航空航天、医疗技术地理气象检测等等科学领域。
随着科技的进步和社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的要求。
为了能够更好的掌握在书本所学到的相关知识，以备以后在工作中运用所需，们今天设计的正是多种波形发生器。
第一章、系统的组成及工作原理
1.1系统组成
本设计的方波—三角波转换电路由同相滞回比较电路和积分电路两部分组成。
图1—1方波三角波发生电路
三角波正弦波转换电路由滤波电路完成。
图1—2正弦波发生电路
1.2工作原理
本文所设计的电路是通过集成运算放大器长生不同的波形，先通过同相滞回比较电路产生方波，然后方波通过积分电路转换成三角波，最后由滤波电路将三角波转换成正弦波,从而完成波形的转换。
角波发生电路是通过R1调节方波的幅值，R2、R3调节方波的频率，R4调节三角波的峰峰值R5调节三角波的占空比。
三角波输入滤波电路后通过滤波作用将三角波转换成正弦波，输出正弦波的幅值由R6、R7、R8调节.
第二章、电路方案设计
方案一：
方案一电路由方波—三角波转换电路和三角波—正弦波转换电路组成。
2.1、方波—三角波转换电路如图3.1所示。
该电路由同相滞回比较电路和积分电路组成。
滞回比较器输出电压U01在t0时刻由-Uz跃变为+Uz（为第一暂态），此时积分电路进行反向积分，输出电压u0呈线性下降，当u0下降到滞回比较器的阈值电压-UT时即t1时刻,滞回比较器的输出的电压U01从+Uz跃变到-Uz（为第二暂态）。
此后，积分电路进行正向积分，u0呈线性上升，当u0上升到滞回比较器的阈值电压+UT时即t2时刻,u01从-Uz又跃变回到+Uz，即返回第一暂态，电路又开始反向积分。
如此周而复始，产生振荡。
图2.1
2.2、三角波—正弦波转换电路如图2.2所示。
将三角波展开为傅里叶级数可知，它含有基波和3次5次等奇次谐波，因此通过低通滤波器去除基波，滤除高次谐波，可将三角波转换成正弦波。
这种方法适用于固定频率或频率变化很小的场合。
电路框图如下左图所示。
输入电压和输出电压的波形如下右图所示，U0的频率等于UI基波的频率。
将三角波按傅里叶级数展开
UI（wt）=8/（π*π）Um（sinwt-1/9sin3wt+1/25sin5wt-…）
其中Um是三角波的幅值。
图2.2
方案二：
方案二的方波—三角波转换电路与方案一相同，三角波—正弦波转换电路采用折线近似法，电路图如图3.3所示。
图2.3
方案论证：
我选的是第一个方案，上述两个方案都能实现三种波形的产生和转换。
但是，可以明显的看出方案二的电路比方案一的电路复杂，需要较多的元件。
方案一电路比较简单利于焊接，需要的元器件也比较少，但是也有一点缺陷，在调节波形的频率时有一定的限度，在使用R2、R3调节波形的频率时会影响正弦波的幅值。
第三章、元件设计
3.1、方波—三角波转换电路元件
设计要求方波的幅值为±2V，则可令稳压管的稳压值为2V且R1为100KΩ的电位器。
三角波的幅值为±1V，则
其中R6=0.5R5,可令电容C=1uf，根据所求结果可令R4、R5均为1KΩ的电位器，因为要求三角波的占空比可调，所以R4和R5之间用两个二极管以相反的方向连接。
设计要求最终输出的信号为0.02Hz~20KHz。
可求得R2=50KΩ，R3=1Ω。
3.2、三角波—正弦波转换电路元件
通过仿真为使正弦波的幅值可大范围调节可令R6为100KΩ的电位器，而R7=R8=1KΩ，电容C的大小为1uf。
第四章、实验分析
4.1、安装与调试
先在电路板上做好布局，然后进行焊接。
焊接好电路到实验室进行调试，初次调试无法出现波形，且过一段时间后芯片开始发热，检查后发现是电源连接方法错误，调整后出现波形，但幅值和频率没有达到要求，调节变位器R1使输出方波的峰峰值为4V左右，调节变位器R2、R3改变信号的频率使其达到要求，然后通过改变R4的阻值使三角波的峰峰值为2V左右，最后调节R6的阻值使正弦波的峰峰值为4V左右。
调节R5的阻值可以改变三角波的占空比。
4.2、性能测试及分析
4.2.1、方波三角波
方波
测试结果
要求
误差
峰峰值（V）
4.19V
4V
0.0475
频率
0.6KHz~11KHz
0.2KHz~20KHz
三角波
测试结果
要求
误差
峰峰值（V）
1.44V
2V
-0.28
频率
0.6KHz~11KHz
0.02Hz~20KHz
5.2.2、正弦波
测试结果
要求
误差
峰峰值（V）
3.82
4
-0.045
频率
0.6KHz~11KHz
0.02Hz~20KHz
误差分析：
1、参数设计有点问题并不完美；
2、测量仪器本身有问题导致所测数据不能满足要求；
3、焊接电路时焊点处有电阻被忽略，连接的线路也有电阻；
4、调试时间过长电路温度升高，使得一些元件的电阻发生变化；
第六章、结论与心得
结论：
本实验还可以用555芯片来产生方波，其电路结构比现在所用的更简单。
通过这次课程设计，学会了如何设计电路，熟练了电路焊接方法以及掌握调试方法与测试参数，同时还提高了我们的动手能力和测试技术能力。
在设计过程中也遇到一些困难，比如一些元件实验室中没有，只能用其他元件代替，有的元件的参数稍有偏差，导致许多参数达不到要求。
电位器R3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。
心得：
1在学习中要学会合理利用身边的资源来帮助自己学习提升。
感谢我以前的老同学、我现在的同事们。
当然还有以老师们为主导的耐心讲解和辅导！
2多天的努力结果并不是想象的那么完美，整个过程也是如我所料的一波三折。
在设计初始阶段，少不了查阅大量的相关文献资料，请教不少身边的老师同学，才敲定了此次设计的最基本原理及模拟电子图的绘制。
在接下来的电子元件的选型也少不了大量复杂专业的计算。
焊接是一个技术活，耐心和细心是最基本的要求。
应为平时动手机会不多，对焊接技术掌握不熟练，导致几次降电子元件损坏，不得不重新来过。
最后通过反复的调试，结果虽说差强人意但心理还是有一点小小的成就感，必定这是自己通过努力，一步一个脚印走过来的结果。
相信自己今后还会更加努力，做出更好的作品。
参考文献:
1、童诗白华成英.模拟电子技术基础.高等教育出版社
2、物理与电子信息学院.基础电路实验指导书.
3、谢自美.电子线路设计.
4．毕满清编.电子技术实验与课程设计.机械工业大学出版社
5.李万臣主编．模拟电子技术基础与课程设计.哈尔滨工程大学出版社
6..电子线路设计应用手册.张友汉主编，福建科学技术出版社（2000）
7..电子技术基础实验研究与设计.陈兆仁主编，电子工业出版社
附录
1、总原理图
2、芯片管脚图
3、元件清单
元件名称
型号
参数
数量
电位器
0.1K
3
50KΩ
1
100KΩ
2
电阻
1KΩ
2
电容
1uf
2
芯片
LM324
2
二极管
IN4007
4
稳压管
BZV55-C6
稳压值=2V
4
万能版
中号
2
导线
若干
姓名：
余竹
2016年4月16日
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