正弦波-方波-三角波信号发生器设计

1、.XX科技学院天平学院模拟电子技术课程设计报告课设名称 正弦波方波三角波信号发生器设计组 长学号：成绩：组 员 学号：成绩：组 员 学号：成绩：组 员 学号：成绩：专业 电子信息工程指导教师 胡伏原二一二年七月模拟电子技术课程设计报告一设计课题名称正弦波方波三角波信号发生器设计二课程设计目的、要求与技术指标2.1课程设计目的巩固所学的相关理论知识；实践所掌握的电子制作技能；会运用EDA工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论设计；通过查阅手册和文献资料,熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元器件的原则；掌握模拟电路的安装测量与调试的基本技能,熟悉电子仪器的正确使用方法,能

2、力分析实验中出现的正常或不正常现象独立解决调试中所发生的问题；学会撰写课程设计报告；培养实事求是,严谨的工作态度和严肃的工作作风；完成一个实际的电子产品,提高分析问题、解决问题的能力。2.2课程设计要求根据技术指标要求及实验室条件设计出电路图,分析工作原理,计算元件参数；列出所有元器件清单；仿真设计的电路,达到设计要求；记录实验结果。2.3技术指标输出波形：方波三角波正弦波；频率范围：100HZ200HZ连续可调；输出电压：正弦波-方波的输出信号幅值为6V.三角波输出信号幅值为02V连续可调；正弦波失真度：。三系统知识介绍函数发生器原理方案一：首先产生正弦波,然后通过整形电路将正弦波变换成方波

3、,再由积分电路将方波变成三角波。方案二：首先产生方波三角波,再将方波变成正弦波或将三角波变成正弦波。函数发生器的各方案比较我选的是第二个方案,上述两个方案均可以产生三种波形。方案二的电路连接部方便而且这样用了很多元器件,在方案的在调节的时候比较方便可以很快的调节出波形。四电路方案与系统、参数设计基于集成运算放大器与晶体管差分放大器的函数发生器设计思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

4、用差分放大器传输特性曲线的非线性。由比较器和积分器组成方波三角波产生电路如下图一所示：图一 设计框图工作原理方波发生电路因为方波电压只有两种状态,不是高电平,就是低电平,所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡,就是要求输出的两种状态自动地相互转换,所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化,即产生周期性变化,所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。方波电压状态如下图所示：图二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Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+UT。

5、Uo通过R1对电容C正向充电。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高,当t趋于无穷时,Un趋于+Uz；但是,一旦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R1对电容C反向充电。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=-Ut,再减小,Uo就从-Uz跃变为+Uz,Up从-Ut跃变为+Ut,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。图三方波-三角波转换电路将方波电压作为积分运算电路的输入,在其输出就得到三角波电压如图3.4所示。当方波发生电路的输出电压Uo=+Uz时,积分运算电路的输出电压

6、Uo将线性下降；而当Uo=-Uz时,Uo将线性上升。积分电路的输入电压是滞回比较器的输出电压Uo1,而且Uo1不是+Uz,就是-Uz。设初态时正好从-Uz跃变为+Uz,则积分电路反向积分,Uo随时间的增长线形下降,一旦Uo=-Ut,再稍减小,Uo1将从+Uz跃变为-Uz。积分电路正向积分,Uo随时间的增长线形增大,一旦Uo=+Ut,再稍增大,Uo1将从-Uz跃变为+Uz,回到初态,积分电路又开始反向积分。电路重复上述过程,因此产生自激振荡,三角波发生电路如下图3.5所示：方波-三角波波形图四所示：图四三角波-正弦波转换电路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

7、流放大器,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。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。正弦波电路如下图五所示图五为使输出波形更接近正弦波：传输特性曲线越对称,线性区越窄越好；三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。图为实现三角波正弦波变换的电路。其中R4和R12调节三角波的幅度,R13调整电路的对称性。电容C1为隔直电容,C2和C3为滤波电容,以滤除谐波分量,改善输出波形。元器件与参数设计4.1.4 仿真电路图与分析电路的仿真图图六仿真图的分析通过改变R7上的数值变大使得三角波的幅值变大,并且改变R4上的幅值变小的时候使得三角波的频率发生改变。提

8、高R7上的幅值与减少R4的幅值会使得方波信号的频率和正弦信号的频率减小。4.1.5六器件清单表表元器件清单表元器件名称个数型号主要参数虚拟示波器1Xsc1滑动变阻器4Key=A1M电阻6R10K电容4C100nf元器件名称个数型号主要参数虚拟示波器1Xsc1基于RC的函数发生器4.2.1设计思路函数发生器组成框图,主要有RC桥式振荡电路,过零比较器,积分器三大主要模块电路构成。经过RC桥式振荡电路产生正弦波波 ,再经过零比较器产生方波,然后由积分器产生三角波。其总的原理设计框如图：三角波RC桥式振荡器RC桥式振荡器RC桥式振荡器三角波RC桥式振荡器RC桥式振荡器RC桥式振荡器正弦波方波正弦波方

9、波 图七 原理图工作原理正弦波：利用RC桥式振荡电路产生正弦波,原理如下图所示；其中RC串并联电路构成正反馈支路,同时兼并选频网络,R1,R4,R5及二极管等原件构成负反馈和稳幅环节。图八调节电位器R2,可以改变负反馈深度,以满足震荡的振幅条件和改善波形,利用两个反向二极管D1,D2正向电阻的非线性来实现稳幅。D1,D2采用硅管,且要求特性匹配,才能保证输出波形正负半周对称。R2的接入是为了削弱二极管非线性的影响,以改善波形失真。振荡频率： 其振幅值条件： 方波：利用过零比较器产生方波,其原理如下图所示图九 由图可知,该电路为处于开环状态的集成运放是一个最简单的过零比较器。犹豫理想运放的开环增

10、益为无穷大。因此,当输入信号小于零时,输出为高电平；当输入信号大于零时,输出为低电平。从示波器输出波形可知,当输入为正弦波时输出为正弦波。其中稳压管的作用是实现限幅。方波的幅值为：三角波：利用积分器产生三角波,其原理电路如下图所示：图十图中,同相输入端接地,由于输入端不取电流,同相端电位为零,反相端虚地,流过电容的电流与流过电阻的电流相等经计算可知当输入方波时输出为三角波。仿真结果与分析.1仿真结果图图十一图十二.1仿真结果的分析通过改变C1的电容值的大小使得改变,在变大C1的值时,方波和三角波的周期都变大,频率均变小。并且三角波的幅值变小。正弦波的周期会变大,频率变小。并且幅值也会变大。五实

11、验结果与分析通过两个实验的仿真结果图的对比与数据分析,看的出第二套的设计方案比第一份要好。数据变换的时候,波形的变化比较明显。失真相比,第二套的比较小。六讨论在实验仿真过程中,遇到了许多问题,特别是在电路的选择的这个问题上,因为没对每个实验的认真分析,所以不知道哪个实验的简与繁。还有在仿真电路中,对于电路的失真问题研究了很久最后通过改变划定变阻器的占空比,才使得电路输出了比较好的波形。七成员分工主要成员主要完成工作自评负责电路的设计与调试与部分报告的整理良电路的一套方案设计与仿真结果的分析良部分报告的编写与电路的连线工作良与其他同组同学的交流与实验最好分析与总结和报告的打印良八设计总结1课程设计情况总结：我们组顺利完成了课程设计的全部任务,通过这次设计,我们的更好的掌握了理论基础知识。同时,通过多方面的查询资料,我们学到许多书本上没有的知识,也认识到理论联系实践的重要。理论学的好,基本没用。同时,这次课程设计提高了我们的团队合作水平。2知识与技能应用情况：总的来说：们的试验进行的比较顺利,根据原理我们很快接好了线。在试验过程中,我们也遇到了不少问题。比如,波形失真,甚至不出现波形这样的问题。在这次实习的过程中我们都是一点点的认识到熟悉每一个软器件与实验的过程。最后顺利的完成模拟电子的课程设计。3建议和改进：这次课程设计让我们学到