方波-三角波-正弦波函数发生器设计课程设计报告

1、. 模拟电子技术课程设计课题名称：方波-三角波-正弦波函数发生器专业班级：姓 名：学 号：指导教师：目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc438671615摘要 PAGEREF _Toc438671615 h - 3 -HYPERLINK l _Toc4386716161.函数发生器总方案及原理框图 PAGEREF _Toc438671616 h- 4 -HYPERLINK l _Toc4386716171.1 函数发生器的总方案 PAGEREF _Toc438671617 h - 4 -HYPERLINK l _Toc4386716181.2函数发生器总方案及

2、原理框图 PAGEREF _Toc438671618 h - 4 -HYPERLINK l _Toc4386716192.课程设计的目的和设计的任务 PAGEREF _Toc438671619 h - 5 -HYPERLINK l _Toc4386716202.1 设计的目的 PAGEREF _Toc438671620 h - 5 -HYPERLINK l _Toc4386716212.2 设计任务 PAGEREF _Toc438671621 h - 5 -HYPERLINK l _Toc4386716222.3课程设计的要求及技术指标 PAGEREF _Toc438671622 h - 5

3、-HYPERLINK l _Toc4386716233. 各组成局部的工作原理 PAGEREF _Toc438671623 h - 5 -HYPERLINK l _Toc4386716243.1 方波发生电路的工作原理 PAGEREF _Toc438671624 h - 5 -HYPERLINK l _Toc4386716253.2 运放lm324工作原理与电路图 PAGEREF _Toc438671625 h - 6 -HYPERLINK l _Toc4386716263.3方波三角波转换电路的工作原理 PAGEREF _Toc438671626 h - 7 -HYPERLINK l _To

4、c4386716273.4 三角波正弦波转换电路的工作原理 PAGEREF _Toc438671627 h - 9 -HYPERLINK l _Toc4386716283.5 电路的参数选择及计算 PAGEREF _Toc438671628 h - 10 -HYPERLINK l _Toc4386716294. 用Multisim10电路仿真 PAGEREF _Toc438671629 h - 11 -HYPERLINK l _Toc4386716304.1 方波三角波的仿真 PAGEREF _Toc438671630 h - 11 -HYPERLINK l _Toc4386716314.2

5、三角波正弦波仿真结果 PAGEREF _Toc438671631 h - 13 -HYPERLINK l _Toc4386716325. 课题总结 PAGEREF _Toc438671632 h - 15 -HYPERLINK l _Toc438671633附录 PAGEREF _Toc438671633 h - 15 -HYPERLINK l _Toc438671634附录一电路的总方案图 PAGEREF _Toc438671634 h - 15 -HYPERLINK l _Toc438671635附录二参考文献 PAGEREF _Toc438671635 h - 16 -HYPERLINK

6、 l _Toc438671636附录三 LM324引脚图管脚图 PAGEREF _Toc438671636 h - 17 -“模拟电子技术根底“课程设计任务题目设计制作一个产生方波-三角波-正弦波函数发生器容及要求 输出波形频率围为0.02Hz20kHz且连续可调； 正弦波幅值为2V，； 方波幅值为2V； 三角波峰-峰值为2V，占空比可调； 设计电路所需的直流电源可用实验室电源。摘要在人们认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的电子信号进展测量，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

7、需要的信号(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，作为鼓励源，仿真各种测试信号，提供应被测电路，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,广泛地应用于各大院校和科研场所。随着科技的进步，社会的开展，单一的波形发生器已经不能满足人们的需求，而我们设计的正是多种波形发生器。本次设计用运放来组成RC积分电路，低通滤波电路来分别实现方波，三角波和正弦波的输出。它的制作本钱不高，电路简单，使用方便，有效的节省了人力，物力资源。本文通过介绍一种电路的连接，实现函数发生器的根本功

8、能。将其接入电源，具有实际的应用价值。并通过在示波器上观察波形及数据，得到结果。电压比拟器实现方波的输出，又连接积分器得到三角波，并通过三角波-正弦波转换电路看到正弦波，得到想要的信号。关键词：电源，波形，比拟器，积分器，转换电路，低通滤波，Multisim1.函数发生器总方案及原理框图1.1 函数发生器的总方案函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方涉及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。为进一步掌握电路的根本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与二阶低通滤波器共同组成的方波三角波

9、正弦波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，然而这种方法也有几套方案。方案一：首先由一个RC振荡电路产生方波，然后将此波形接入一个积分电路产生三角波，用折线法将三角波转换成正弦波。此方案在执行时比拟困难，原因在于三角波到正弦波的转换上，折线法的参数很难确定。方案二：首先由一个RC振荡电路产生方波，然后将此波形接入一个积分电路产生三角波，将三角波通过滤波电路

10、实现到正弦波的转换。此方案很好，但是没采用，原因在于电路的前面局部比拟繁琐，如果电路太繁琐，则对后面的结果影响也就更大，会增大误差，故而放弃。方案三：首先由一个RC振荡电路产生方波，然后将此波形接入一个积分电路产生三角波，用一个差分电路来实现波形的转换，。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。但是最终不好调试，故而启弃用。方案四：在方案三的根底上进展了改良，用一个积分电路替代了前面的RC振荡回路，这样做起来就更简洁，焊点较少，则负面影响

11、也就相对会减小，故而采用了本方案。本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：由比拟器和积分器组成方波三角波产生电路，比拟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二阶低通滤波器来实现。二阶低通滤波器是在一阶的根底上再加上一个RC电路构成，能够很好的抑制低频率信号的通过，从而将处于低频率的三角波转换成为正弦波，实现波形变换。1.2函数发生器总方案及原理框图原理框图：方波三角波正弦波低通滤波器积分电路电压比拟器 图1 原理框图2.课程设计的目的和设计的任务2.1 设计的目的1.掌握电子系统的一般设计方法；2.掌握模拟IC器件的应用；3.培养综合应用所学知识来指导实践的能力；4.掌

12、握常用元器件的识别和测试；5.熟悉常用仪表，了解电路调试的根本方法。2.2 设计任务设计方波三角波正弦波函数信号发生器2.3课程设计的要求及技术指标1.设计.组装.调试函数发生器；2.输出波形：正弦波.方波.三角波；3.频率围：0.0220kHZ围可调；4.输出电压：方波幅值为2V；正弦波幅值为2V；三角波峰-峰值为2V，占空比可调。3. 各组成局部的工作原理3.1 方波发生电路的工作原理此电路由反相输入的滞回比拟器和RC电路组成。RC回路即作为迟滞环节，又作为反应网络，通过RC冲、放电实现输出状态的自动转换。设*一时刻输出电压Uo=+Uz，则同相输入端电位Up=+Ut,Uo通过R3对电容C正

13、向充电，如图中箭头所示。反相输入端电位n 随时间的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是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R3对电容反相充电，如图中虚线箭头所示。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=-Uz再减小，UO就从-Uz跃变为+Uz，UO从-Ut跃变为+Ut，电容又开是正向充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。图2 同相滞回比拟器的电压传输特性曲线3.2 运放lm324工作原理与电路图LM324系列器件为价格廉价的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标

14、准运算放大器相比，它们有一些显着优点。该四放大器可以工作在低到3。0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置组件的必要性。LM324的特点：1.短跑保护输出； 2.真差动输入级；3.可单电源工作：3V-32V； 4.低偏置电流：最大100nALM324A；5.每封装含四个运算放大器。 6.共模围扩展到负电源7.具有部补偿的功能； 8.输入端具有静电保护功能9.行业标准的引脚排列；LM324引脚图管脚图见附录3.3 方波三角波转换电路的工作原理图3 方波三角波转换电路的工作原理工作原理如图3所示，在电路的左

15、边为同相滞回比拟器，右边为积分运算电路。同相滞回比拟器的输出上下电平分别为Uoh=+Uz，Uol=-Uz积分运算电路的输出电压uo作为输入电压，A1同乡输入端的电位Up1=uo1R1/(R1+R2+R6)+Uo(R2+R6)/(R1+R2+R6)令Up1=Un1=0，并将uo1=Uz带入得Ut=UzR1/(R2+R6)电路的振荡原理合闸通电，通常C 上电压为0。设Uo1Up1Uo1，直至Uo1 Uz；积分电路反向积分，tUo，一旦Uo过 Ut，Uo1从 Uz跃变为 Uz。积分电路正向积分，tUo，一旦Uo过 Ut，Uo1从 Uz跃变为 Uz，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡

16、。由于积分电路反向积分和正向积分的电流大小均为Uo1/(R3+R7)，使得U0在一个周期的下降时间和上升时间相等，且斜率的绝对值也相等，因而将方波转换为三角波。主要参数估算：1振荡幅值在如下图的三角波方波发生电路中，因为积分电路的输出电压就是同相滞回比拟器的输入电压，所以三角波的幅值为Uom=Ut=UzR1/R2因为方波的幅值决定于由稳压管组成的限幅电路，所以Uoh=+Uz，Uol=Uz2 振荡周期在图3中，在振荡的二分之一周期，起始值为Ut，终了值为+UtUt=UzT/21/R3C-Ut得到T=4R1(R3+R7)C/(R2+R6)积分器的输出Uo=1/R3+R7Uo1dtUo1=+Vcc时

17、，Uo2=+Vcct/(R3+R7)C1可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下列图所示。图4 方波三角波的波形变换比拟器与积分器首尾相连，形成闭环回路，则自动产生方波三角波，三角波的幅度为Uo2=VccR1/(R3+R7)方波三角波的频率为f= (R2+R6)/4R1(R3+R7)所以有以下结论：1.电位器R7在调节方波三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度，假设要求输出频率的围较宽，可用C1改变频率的围，R7实现频率微调。2.方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc,三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc,电位器R6可实现幅度微调，但会影响方波三角

18、波的频率。3.4 三角波正弦波转换电路的工作原理三角波正弦波的变换电路主要由二阶低通滤波器电路来完成。图5 三角波正弦波转换电路工作原理由RC串联接一个同相比例运算电路组成一个一阶有源低通滤波器，滤出一局部干扰，得到想要的波形，但是往往一个RC回路的过渡带还很宽，所以，为了更好的到达滤波的效果，尽量减小过渡带，可以多加RC回路，构成多节低通滤波器，因此，在这用了二阶滤波器来到达目的。在电路中，当信号频率趋于零时，同相输入端的电位Up=Ui，故电路的通带放大倍数等于同相比例运算电路的比例系数，即Aup=Up/Ui=1+R11/R12电路的电压放大倍数Au=Uo/Ui=(1+Rf/R1)Up/Ui

19、=Aup/(1+jwRC)=Aup/1+jf/fp其中， fp=f0=1/2RC图6 输出波形3.5 电路的参数选择及计算1.方波三角波中电容C1变化关键性变化之一比拟器A1与积分器A2的元件计算如下：得U02m=VccR1/(R2+R6)即R1/(R2+R6)=1/3取R1=10K，则R2+R6=30K，取R2=20K，R6为200K的点位器。区平衡电阻R9=R1/(R2+R6)10K由式f= (R2+R6)/4R1(R3+R7)即R3+R7=(R2+R6)/4R1C1当0.02HZf20khz时，取C1=10f，则R3+R7=1.51.5K，取R3=1K，为10K电位器。2.三角波正弦波变化时参数计算当C2=C3=C时，f0=1/2RC。所以取C2=C3=0.1f，R8=R10=10K，R12=100K,R11取最大阻值为40k的电位器。4. 用Multisim10电路仿真4.1 方波三角波的仿真图7 方波三角波发生器方波仿真结果图8 方波仿真效果图三角波仿真结果图9 三角波仿真效果图方波三角波