波形转换电路的设计

1、 武汉理工大学专业课程设计（一）课程设计说明书目录1 技术指标12 设计方案及其比较12.1 方案一12.1.1 设计思路12.1.2 参数计算22.1.3 proteus仿真模拟32.2 方案二42.2.1 设计思路42.2.2 参数计算52.2.3 工作原理52.2.4 proteus仿真模拟：62.3.1 设计思路72.3.2 参数计算82.3.3 工作原理92.3.4 proteus仿真模拟92.4 方案比较103 实现方案113.1 工作原理113.2 工作过程113.3 重要参数123.4 所用元器件及其功能124 调试过程及结论135 心得体会146 参考文献15波形转换电路的设

2、计1 技术指标设计一种波形转换电路，要求产生频率可调的方波，并且能够实现方波转换为三角波。测试并且记录下不同频率下的方波和三角波的波形图，以及输出电压值。2 设计方案及其比较2.1 方案一2.1.1 设计思路 三角波方波积分电路方波产生电路输出 图1方案一原理图方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。基本电路组成如图2所示，它是在迟滞比较器的基础上，增加了一个由RF、C组成的积分电路，把输出电压经过RF、C反馈到比较器的反相端。电路的正反馈系数F为 （1）将方波产生电路与积分电路结合，形成我们需要的电路。 图 2 方波产生电路2.1.2 参数计算起振条件为AF1 且 （

3、2）周期 （3）当R1，R2取适当值，使F=0.462，则T可简化为 （4）或振荡频率为 （5） 图3 输出电压与电容器电压波形图2.1.3 proteus仿真模拟 将方波产生电路和积分电路，组成一个完整的电路图。在proteus上进行模拟仿真。得到图4所示电路图。得到图5所示波形图。 图 4 方案一在proteus上的模拟仿真电路图 图 5 方案一在proteus上的模拟仿真波形图2.2 方案二2.2.1 设计思路 通过锯齿波产生电路得到可调方波，三角波。输出三角波方波积分电路同相输入迟滞比较器 图 6 方案二原理图 通过锯齿波产生电路如图7所示，产生方波和三角波。当锯齿波产生电路中方波的占

4、空比为50%时就可输出三角波。 图7锯齿波产生电路2.2.2 参数计算门限电压估算： （6） （7） 所以 （8）振荡周期 （9）当占空比为50%时，有 （10）2.2.3 工作原理接通电源，有,则经过R6向C充电，输出电压按线性规律增长。当上升到使时，比较器输出由上跳到。同时门限电压下跳到。以后经过R6向C反向充电，迅速下降到负值。当下降到使时，比较器输出又由下跳到。如此周而复始，产生振荡。 图 8 电路对应的波形图2.2.4 proteus仿真模拟： 将同相输入迟滞比较器和积分电路，组成一个完整的电路图。在proteus上进行模拟仿真。得到图9所示电路图。得到图10所示波形图。 图 9 方

5、案二在proteus上的模拟仿真电路图 图 10 方案三在proteus上的模拟仿真波形2.3 方案三2.3.1 设计思路三角波 比较器方波正弦波 积分电路RC桥式振荡电路输出图 11 方案三原理图 电路由三部分组成，RC振荡电路，比较器，积分电路。其中RC振荡电路负责将正弦波转换成方波，积分电路将方波转换成三角波。 图12 RC桥式振荡电路 图13 比较器 图14 积分电路2.3.2 参数计算设计频率f=1000Hz根据 （11）得。 R应满足 Ri约为几百千欧，Ro约为几百欧。所以取R=16k，则C=0.01uF。周期 （12）当R1，R2取适当值，使F=0.462，则T可简化为 （13）

6、或振荡频率为 （14）2.3.3 工作原理 接通电源瞬间，设输出电压偏于正饱和值，即时，则加到电压比较器同相端的电压为 ，且。而反相端电压，只能由Vo通过Rf向C充电来建立。当加到反相端的电压略正于时，Vo则从翻转到。又通过Rf向C反向充电。直到Vc略负于值，Vo又再次变为。如此循环往复，形成一系列方波。2.3.4 proteus仿真模拟将RC桥式振荡电路，比较器，积分电路，组成一个完整的电路图。在proteus上进行模拟仿真。得到图15所示电路图。得到图16所示波形图。 图 15 方案三在proteus上的模拟仿真电路图 图 16 方案三在proteus上的模拟仿真波形图2.4 方案比较 在

7、以上的三个方案中，三种方案有自己不同的原理，所以三个方案各有各的优缺点。方案一： 原理比较简洁，由方波产生电路和积分电路两部分构成。方波产生电路产生方波信号后由积分电路将方波转化为三角波。该方案所需的元器件种类少，所需器件数量也少。节约成本。原理简洁，便于实现。方案二： 由同相输入迟滞比较器和积分电路两部分构成。同相输入迟滞比较器产生方波信号后由积分电路将方波转化为三角波。该方案所需元器件略多于方案一，原理也很简洁，产生的波形稳定，不易失真。方案三： 由RC桥式振荡电路，比较器和积分电路三部分构成。RC桥式振荡电路产生正弦波，比较器将正弦信号转化为方波信号，之后由积分电路将方波转化为三角波。实

8、验原理较前两个复杂，且所用元器件多。成本较高。但是很直观，便于掌握波形转换的原理。 综上所述，最后我们选择原理简洁，所用元器件简单，成本低廉的方案一作为实践方案。3 实现方案3.1 工作原理 如图14所示，该方案的原理为左边部分的方波产生电路和右边积分电路构成。方波产生电路，它是在迟滞比较器的基础上，增加了一个由RF、C组成的积分电路，把输出电压经过RF、C反馈到比较器的反相端。电路的正反馈系数F为 （15） 图 17 实践方案原理图3.2 工作过程 在接通电源的瞬间，输出电压究竟是偏向于正饱和还是负饱和，纯属偶然。设输出电压偏于正饱和值，即时，加到电压比较器同相端的电压为,而加于反相端的电压

9、，由于电容器C上的电压不能突变，只能由输出电压通过电阻Rf按指数规律向C充电来建立，如图14所示，充电电流为。显然，当加到反相端的电压略正于时，输出电压便立即从正饱和值迅速翻转到负饱和值，又通过Rf对C进行反向充电，如图15所示，充电电流为。直到略负于值时，输出状态再反转回来。如此循环不已，形成一系列的方波输出。方波经过积分电路后将方波转化为三角波。得到输出波形。 图14 电容器充电情况 图15 电容器反向充电情况3.3 重要参数周期 （16）当R1，R2取适当值，使F=0.462，则T可简化为 （17）或振荡频率为 （18）3.4 所用元器件及其功能 表1 所用元器件一览表序号名称型号数量1

10、运算放大器LF35322电阻10K33电容器0.1uF24滑动变阻器10K1运算放大器：将模拟信号进行放大处理。电阻R1，R2：形成反馈回路。滑动变阻器Rf：对电容器C2进行充放电。调节Rf可以对方波的频率进行调节。电阻R3：对电容器C1进行充放电。 图 16 实践方案的proteus仿真模拟图 图 17 测试电路的布线图4 调试过程及结论 我的实验调试过程相比较而言还算比较顺利。将电路在面包板上布线，如图17所示。调好运算放大器正负12V的工作电压。将波形接入示波器。打开电源，运行电路。发现出现的波形方波部分很正常。但是三角波失真很严重。经过分析，问题应该出现在电路的布线上，于是从新对电路进

11、行了检查，发现电路有一个地方接错了。积分电路部分的正向输入端没有接地。于是，立即将其接上地线。在此打开电源和示波器，运行电路。观察波形得到很完整（如图18所示）的方波和三角波。调节滑动变阻器Rf，改变波形的频率。得到三组频率的波形图，得到三组数据如下。 表2 调试数据记录表序号Rf（千欧）C(uF)T(mS)f(kHz)f理(kHz)14.300.10.81.251.1625.730.1110.87237.020.11.20.830.712测试电路的运行与模拟仿真的结果一直，实际与理论统一，可认为此次课程设计的电路设计成功。 图 18 测试电路的波形图5 心得体会 此次课程设计是我们上大学以来

12、的第一次课程设计，第一次做，有很大的新鲜感，也遇到了很多困难。 刚开始接到任务书的时候，心里很没谱，也很茫然，但是经过老师的耐心讲解，通过查阅了很多资料，慢慢的对课程设计的要求也有了具体的了解。之后，为了预答辩，我查阅了很多资料，慢慢的就形成了自己的设计方案。 因为我们的课程设计要求有三种解决方案，所以要有三种不同原理的电路得到方波和三角波。这就需要比较深厚的知识功底。我在图书馆，网上查阅了很多这方面的资料。有些有参考价值，但很多都不是我需要的。并且与同学老师交流，翻开模电课本重新学习与此有关的章节。终于弄懂了三种方案的原理。 做出了原理，当然要付诸实践。首先，我在proteus软件上设计出了电路图，并对其进行仿真模拟，得到了预期波形图。然后在调试过程中，在面包板上进行布线，感受到了实际操作的乐趣。最终的到了理想的波形。 写报告书的过程也是很艰难的，对于平时很少用电脑进行办公的我来说，这是很具有挑战性的。在不断的摸索，和同学的指点下，一点一点的独立完成