方波_三角波_正弦波_锯齿波发生器

1、1 电电 子子 工工 程程 设设 计计 报报 告告 1 目 录 设计要求 1前言.1 2 方波、三角波、正弦波发生器方案.2 2.1 原理框图 .2 3各组成部分的工作原理.3 3.1 方波发生电路的工作原理.3 3.2 方波-三角波转换电路的工作原理.4 3.3 三角波-正弦波转换电路的工作原理 .5 3.4 方波锯齿波转换电路的工作原理.6 3.5 总电路图 .7 1 方波三角波正弦波函数信号发生器 摘 要 波形函数信号发生器广泛地应用于各场所。函数信号发生器应用范围：通信、广 播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波。除供通信、仪 表和自动控制系统测试用外，还广泛用于

2、其他非电测量领域，而我设计的正是多种波 形发生器。设计了多种波形发生器，该发生器通过将滞回电压比较器的输出信号通过 RC 电路反馈到输入端，即可组成矩形波信号发生器。然后经过积分电路产生三角波， 三角波通过低通滤波电路来实现正弦波的输出。其优点是制作成本低，电路简单，使 用方便，频率和幅值可调，具有实际的应用价值。 函数（波形）信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方 波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫函数信号 发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途 而因此电子专业的学生，对函数信号发生器的设计，仿真，制作已成为最基本的 一种技能，也是

3、一个很好的锻炼机会，是一种综合能力的锻炼，它涉及基本的电路原 理知识，仿真软件的使用，以及电路的搭建，既考验基础知识的掌握，又锻练动手能 力。 关键词：振荡电路；电压比较器；积分电路；低通滤波电路 设计要求 1设计、组装、调试方波、三角波、正弦波发生器。 2输出波形：方波、三角波、正弦波；锯齿波 3频率范围 ：在 0.0220KHz 范围内且连续可调 ； 1前言 在人们认识自然、改造自然的过程中，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、快速的选用不同特征的 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 2 已知

4、信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用 和实验测试处理中，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，以满足测量或各种实际需要。 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。传统的波形 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，不 能根据实际需要灵活扩展。随着微电子技术的发展，运用单片机技术，通过巧妙的软 件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波、方波、三角波、锯齿等幅值可调的 信号。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小，输出稳定，可靠 性高，特别是操作

5、简单方便。 2方波、三角波、正弦波发生器方案方波、三角波、正弦波发生器方案 2.1 原理框图 电压比较器 RC 充放电反馈回路 方波 占空比可调积分电路 锯齿波 积分电路 三角波 低频滤波 正弦波 比例放大电路，得到需要幅值；峰 峰值的信号波 矩形波 图 1 方波、三角波、正弦波、锯齿波信号发生器的原理框图 该发生器通过将滞回电压比较器的输出信号通过 RC 电路反馈到输入端，即可组成矩形波信号 发生器。然后经过积分电路产生三角波，通过改变方波的占空比不仅可以得到锯齿波，还可得到额 3 外的矩形波。三角波通过低通滤波电路来实现正弦波的输出。然后将各种信号通过比例放大电路得 到需要幅值；峰峰值的信

6、号波 该电路具有结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，对原器件 要求不高，且成本低廉、调整方便， 3各组成部分的工作原理 3.1 方波发生电路的工作原理 C1 1uF R 10k R3 1k R2 1k 3 5 GND U1 OPAMP_3T_VIRTUAL R1 1k 2 D2 1N4680 D1 1N4680 GND 1 4 图 2 方波信号发生原理 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+Uz,此时滞回电压比较器的门限 电压为 UTH2。输出信号通过 R 对

7、电容 C正向充电，充电波形如图 3 箭头所示。当该电压上升到 TH2时，电路的输出电压变为UZ,门限电压也随之变为 UTH1，电容 C1 经电阻 R 放电。当该电压 下降到TH时输出电压又回到+Uz，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振 荡。 充放电波形 4 图图方波信号发生波形方波信号发生波形 3.2 方波-三角波转换电路的工作原理 .电路的组成 C1 1uF R4 1k R3 1k R2 100k GND D2 1N5231B D1 1N5231B U1 OPAMP_3T_VIRTUAL R1 510 2 1 U2 OPAMP_3T_VIRTUAL R 100k 7 3

8、R6 1k R8 10k GND 8 10 RP1 20k Key=B 50% 4 6 5 图 4 积分电路产生三角波 根据 RC 积分电路输入和输出信号波形的关系可知，当积分电路的输入信号为方波时，输 出信号就是三角波，由此可得，利用方波信号发生器和积分电路就可以组成三角波信号发生器。 UTH2 UTH1 O 5 如图 该电路的工作原理是：方波信号发生器输出的方波输入积分电路，在积分电路的输出端得到三 角波信号。积分电路的输出端除了输出三角波信号外，还通过电阻.p1 将三角波信号反馈到 滞回电压比较器的输入端，将三角波信号整形变成方波信号输出。该电路工作波形图如图 图 三角波 .振荡频率 因

9、为，该电路振荡信号的频率与三角波输出信号的幅度有关，所以要确定该电路 的振荡频率，必须先确定三角波信号的输出幅度。三角波输出信号的幅度等于滞回电 压比较器的阈值电压，根据叠加定理可求出滞回电压比较器的阈值电压为 u+=UOR1/(R1+R2)-UOR2(R1+R2)=u-=0u+=UOR1/(R1+R2)-UOR2(R1+R2)=u-=0 由此可得输出信号的幅度为：Uom=UTH=R1Uz/R2 设积分电路的输出电压从+Uom 到Uom 所需要的时间为 t，根据积分电路输出电压 和输入电压的关系式可得 2Uom=uo1*t/(C*R4)2Uom=uo1*t/(C*R4) 即t=2R4*C1*U

10、om/Uz=2R1*R4*C1/R2t=2R4*C1*Uom/Uz=2R1*R4*C1/R2 因三角波信号的周期为 2t,所以三角波输出信号的频率为 f=R2/(4R1*R4*C1)f=R2/(4R1*R4*C1) 6 3.3 三角波-正弦波转换电路的工作原理 图 6 三角波产生正弦波原理图 原理：采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。 图 7正弦波 7 3.4 方波锯齿波转换电路的工作原理 C1 1uF R3 1k GND U1 OPAMP_3T_VIRTUAL R2 510 1 U2 OPAMP_3T_VIRTUAL R5 100k R7 10k D2 1N4680 D1 1N4680

11、2 R10 20k Key=B 50% 13 R6 10k D4 1N4154 7 R12 1k Key=A 50% 6 16 D3 1N4154 8 12 R4 100k 19 15 14 图 8锯齿波产生原理图 三角波信号的特征是波形上升和下降的斜率相同，当波形上升和下降的斜率不同时，三角波就 转化成锯齿波。根据这个特征，只要将图 4 的电路中的积分电路改成时间常数随方波输出极性而变 化的电路，即可组成锯齿波信号发生器。图中的二极管 D3 和 D4 的作用是改变积分电路的时间 常数，当输入为+Uz 时，D3 导通，D4 断开，积分电路的时间常数为 R(8 到 12)C；当输入为 Uz 时，

12、D3 断，D4 通，积分电路的时间常数为 R(6 到)C.可得 T=t1+t2=2(R4+R5)R1C1/R2 波形图如图 图锯齿波 8 3.5 总电路图总电路图 C1 1uF R3 1k GND U1 OPAMP_3T_VIRTUAL 1 510 1 U2 OPAMP_3T_VIRTUAL R 100k R4 10k R6 510 R7 510 C2 2.2uF C4 4.7uF C3 2.2uF D2 1N4680 D1 1N4680 2 Rp2 20k Key=B 50% 13 R5 10k D4 1N4154 7 Rp1 1k Key=A 50% 6 16 D3 1N4154 8 12

13、 U3 OPAMP_3T_VIRTUAL R8 10k R9 2k Rp3 500k Key=C 50% 3 R2 100k 19 4 17 GND 10 Key = Space S1 11 5 14 15 图图总电路图总电路图 图中图中 S1 开关可实现各种波形切换，滑动变阻器开关可实现各种波形切换，滑动变阻器 Rp2 可实现不同频率调可实现不同频率调 节，调节节，调节 Rp1 可实现方波占空比的调节，最主要的是可将三角波转换为锯可实现方波占空比的调节，最主要的是可将三角波转换为锯 齿波，调节齿波，调节 Rp可调节输出波形不同的幅值。可调节输出波形不同的幅值。 9 5实验总结 为期几天的课程

14、设计已经结束，在这几天的学习、设计、及电路搭建过程中我感触颇深。使我 对抽象的理论有了具体的认识。通过对函数信号发生器的设计，我掌握了常用元件的识别和测试； 熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、搭建方法；以及如何提高电路的性能等等。 通过对函数信号发生器的设计，我还深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的 重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识， 而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学 以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会 我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电 路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实 际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。 而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而 这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！ 其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在 接好电路后测试出波形的那种喜悦，体会到