设计制作一个产生正弦波-方波-三角波函数转换器

模拟电路课程设计报告设计课题:计制作一个产生正弦波方波—三角波函数转换器专业班级：电信本学生XX：学

号：46指导教师：设计时间：01/05

设计制作一个产生正波－方波－锯齿波函数转换器一、设计任务与要求1、输出波形频率X围为0.02KHz~20kHz连续可调；2、正弦波幅值为±2V3、方波幅值为2V；4、三角波峰-峰值为2V，占空比可调；5、分别用三个发光二极管显示三种波形输出；、用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V二、方案设计与论证设计要求产生三种不同的波形分别为正弦波、方波、三角波。正弦波可以通过RC桥式正弦波振荡电路产生。正弦波通过滞回比较器可以转换成方波，方波通过一个积分电路可以转换成三角波要调节三角波的占空比就可以得到锯齿波。各个芯片的电源可用直流电源提供。1

直流电源部分电路图如图1所示

339

1N4007

12

1.0kΩ

17220500°10

T115

DIODE_VIRTUALDIODE_VIRTUAL3.3mF4

100nF

330nF

250uF

1.0kΩ3.3mFDIODE_VIRTUALDIODE_VIRTUAL

100nF

330nF

250uF

6

02

5

图1直电源

1N40072、波形产生部分方案一：LC正弦波振荡电路

滞回比较器

正、反积分时间常数可调的积分电路LC正弦波振荡电路与RC桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相似的，只是选频网络采用LC电路。在LC振荡电路中，当f=f时，放大电路的放大0倍数数值最大而其余频率的信号均被衰减到零引入正反馈后使反馈电压作为放大电路的输入电压，以维持输出电压，从而形成正弦波振荡。方案二

++1、

直流电源部分同上2、电路图如图2所示XSC1

0

1N4007

13

10k

140

20k

50k5

5

-12V71

3

1N40071N4007

19

10R10100

5

087

V112V

4

1N400711R8R1110050k1750%1615

7

220nF1

6

212V2

10k

6

20

15.1k7V212V

2V

18R1210k

56

2

1

12R131002010k

220nF

9

2V

10k

010k

220nF0

1.289图2正波方—三角波函数转换电路方案论证LC弦波振荡电路特别是方案一所采取的电感反馈式振荡电路中与N2之间耦合紧密，振幅大；当C采用可变电容时，可以获得调节X围较宽的振荡频率最高频率可达几十兆赫兹由于反馈电压取自电感对高频信号具有较大的电抗输出电压波形中常含有高次谐波因此电感反馈式振荡电路常用在对波形要求不高的设备之中如高频加热器接受机的本机振荡电路等另外由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高，所以放大电路多采用分立元件电路，必要时还应采用共基电路。因此对于器材的选择及焊接的要求提高了。相反，RC正弦波振荡电路的振荡频率较低，一般在1MHz以下，它是以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络以电压串联负反馈放大电路为放大环节具有

22振荡频率稳定带负载能力强输出电压失真小等优点因此获得相当广泛的应用。另外对于器材的要求也不高，都是写常见的的集成块、电容、电位器等。在布局方面，简单，清晰！综合对比两种方案，我选择第二种方案。三、单元电路设计与参数计算1直流电源（1

设变压器副边电压U2=2sinwt,U为其有效值。则：输出电压的平均值U

()

1

Uwtd()

输出电流的平均值I

O(AV)

=0.9U/R2

L脉动系数S=

O1()

=2/3=0.67二极管的选择最大镇流电流I>1.1F

UL

2最高反向工作电压U>1.1RM（2

U

O(AV)

=U(1-T/4RC)2L当RC=(3~5)T/2时，UL

O(AV)

=1.2U

2脉动系数为

（AV）2（AV）2S=

4CL滤波后的电压：（3

U＋UTU＝U)24L在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。限流电阻R是必不可少的元件，它既限制稳压管中的电流使其正常工作，又与稳压管相配合以达到稳压的目的。一般情况下，在电路中如果有稳压管存在，就必然有与之匹配的限流电阻。1)稳压电路输入电压U的选择：I根据经验，一般选取U=(2~3)UI

OU确定后，就可以根据此值选择整流滤波电路的元件参数。I2)稳压管的选择：U=U;ZOI

Zmax

-I

Zmin

>I

Lmax

-I

Lmin

;稳压管最大稳定电流I>=IZM

Lmax

+I

Lmin3）限流电阻R的选择：通过查手册可知：I

ZMIN

<=I<=IDZ

ZMAX

;计算可知:

R

=（U

-U)/(I+I）IminZZLmaxR=(Umin

Imax

-U)/(I+IZZM

Lmin

)其中变压器用220V~15V规格的选的三端稳压器为：，整流用的二极管可用1N4007，电解电容用3300ufC7与C8可用220Uf

电容C3与C3可用0.3322UfC5与C6可用0.1uF发光二极管上的R用1K。2、波形转换部分（1正弦波振荡电路的参数设计RC正弦波振荡电路图如图3所示令R2=R’=R图3RC正波振荡电路F=Uf\Uo=

//1/jwcRjwc//1/jwc

整理可得F=

13j(wRC1/wRC

令W。=1/RC,则f。=1/2根据起振条件和幅值平衡条件Au=U。/Up=1+Rf/R1≥3，整理得：Rf≥2R1因为输出波形频率X围为0.02KHz－20KHz,取C=0.22Uf,故R=(0.02K-3.6K),用5K的电位器去调，且正弦波的幅值为2V,R1用10K的电位器，Rf用50K的电位器。正弦波发生器仿真电路图如图4所示

图4RC正波振荡电路的仿真电路图—方波转换器5所示正弦波发生电路

滞回比较器

方波图5正波方转换器实验理方框图滞回比较器如图6所示，其电压传输特性如图7所示

iopioiopiou

in

R

uu

-+

R

+

R

u

U

uo0

U

Z

U

u

inZ图6滞比较器图7电传特性uA741,R5,R6

-U

Z图6一种电压比较器电路压管用于输出电压限幅限流作用和R2成正反馈，运算放大器>工作在正饱和区，而Uc>Up工作在负饱和区从电路结构可知输入电Uⅰ小于某一负值电压时电压U=-；当输入电压大于某一电压时=U又由于“虚断=0，ZoZ由此可确定出翻转时的输入电压p

用ui

和uo

表示，有得此时的输入电压

1uuuu1i111

=u=0nRRu11RR2

ZU称为阈值电压回电压比较器的直流传递特性如示设输入电压初th始值小-，此时u=U；增u当U时，运放输出状态翻转，进入正饱和thoZiith区如果初始时刻运放工作在正饱和区u当u=U时运放则开始进入负iith饱和区。由于是正弦—方波转换电路，输出端加一个限流电阻R7=2K,据设计要求方波幅值为2V，因此选择的稳压二极管可选用稳压为3.3V，共两个。波方波图8

图8

正弦—方波转换仿真电路图

—锯齿波转换器实验原理如图9所示方波发生电路

正、反积分时间常数可调的积分电路图9方—锯齿波转换器实验原理

锯齿波（1）积分运算电路积分运算电路如图10所示

1COO1COO由于“虚地Uo=-Uc由于“虚断=i,1CUi=iR=iR1c

图积分运算电路故：故：得：

uuOC

RC

utI

；τ=RC（积分时间常数）由上式可知，利用积分电路可以实现方波—三角波的波形变换。(2)波—11所图方波—三角波转换电路仿真图由于是方波—三角波波转换电路，因此在第二个集成块的输出端加上个限流阻R5=2K,根据设计要三角波的峰—峰值为2V且占空比可调。Uo=-Uz(t1-t0)+U(t0)

当Uo=Uz(t2-t1)+U(t1)（T=

R9)CR6

,取R9、R5为10K的电位器，为50K电位器。解之可得：R6=282/T=282f=0.0968K~9.68K因此取R6=10K积分电路中C=220nf,变占空比

的二极管可选用2个1N4007,补偿电阻R12可选取10K，以保证集成运放输入级差分放大电路的对称性。四、总原理图及元器件清单1总原理图（1直流电流如图12所示图直流电源（2弦波—方波—三角波函数转换电路如图13所示

图13

正弦波—方波—三角波函数转换电路3、

元件清单元件清单如表1所示元件序号变压器三端稳压器三端稳压器

型号LM7812LM7912

主要参数15V

数量111

备注（价钱）9元1.2元1.2元电阻

68Ω、10K3、1、3

0.1元

15K、1K

1、2芯片

Ua741

3

1.5元电位器电位器电容

5K、50K10K0.22uf

2、143

0.5元0.5元0.5元二极管发光二极管

1N4007

85

0.1元0.3元稳压管

3.3V

2

0.25元大号焊接板大电容

1耐压35V以上3300uf、220uf2、2

2.0元0.5元小电容导线

0.1uf表1元清

2、21

0.3元3元五安与试1、

直流稳压电源（1按所设计得电路图在电路板上做好布局，准备焊接电路板。（2用万用表测得输出为+11.9V和-12.1V与理论值有一定的误差；并且测出7812、7912输入与输出的压差分别为+9.2和-9.2，并记录。2、正弦波、方波、三角波波形转换（1照设计好的电路图正确地布局好电路，焊接电路板（2“起振”调试后用示波器可测得各输出端的波形，并记录。（3波器读出格数计算峰—峰值后用数字毫伏表读出其有效值，

并记录。(4)、调节各个电位器，用函数发生器的输入端测出各个波形的频率X围，并记录。1、直流电源部分输出：+11.9V，-12.1V。稳压块电势差：LM7812为9.2V，LM7912为9.2V。误差分析：LM7812端的输出（11.9-12）/12%=0.83%。LM7912端的输出（12.1-12）/12%=0.83%。2、波形转换部分经“起振”调试后用示波器可测得各输出端的波形，并记录。用示波器读出格数，计算峰值；然后用数字毫伏表读出其有效值，并记录。调节各个电位器，用函数发生器的输入端测出各个波形的频率X围，并记录。数据记录：（1正弦波（幅值可调、频率可调）峰-峰值：Up-p=2

有效值为：U=4/22=1.41V频率调节X围为：—12.67KHZ相对误差（1.4144-1.41）/1.41（2方波峰-峰值：Up-p=2.52V=5V相对误差：|2.5-2|/2

有效值为：U=5/2

（3角波峰-峰值：Up-p=22V=4V

有效值为：U=4/22=1.414V相对误差：|2-2|/2100%=0误差分：1、电路参数选择不合理2、焊电路板的时候，焊点时间太长了，影响了器件的阻值3、焊点不紧凑4、直流电源输出的信号不是标准的±12V5、读数时未正视6、电位器太多了，不便于调节实验结果：1、若正弦波失真，可调电位器R1,若不能稳幅，则调电位器Rf2、调节电位器的滑动端可以改变占空比。3、调节RC串并联网络的电位器可改正弦波的频率。心得：这次的课程设计的方案很快就出来了可是由于电位器太多了特别不好调试。调了一天才终于调试出来，虽然久，但是心里还是有一点的成就感，因为从小就对电有种恐惧感。这次的课程设计我学到了很多，不仅仅是课内的知识，比如，我们必须将所学的理论知识同客观实际相结合，才能真正的学好！而且，团队合作在试验中有着举足轻重的重要。

1、2、3、4、5、6、7、

《模拟电子技术基础》第四版童诗白与华成英主编,高教育.《电子线路设计、实验、测试版）谢自美主,华理工大学；《模拟电子技术》王港元主编,机械工.（1994《电子技术基础拟分）康华光主编高等教（1999《电子技术实验与课程设计》毕满清主编，机械工业，2006《电子线路线性部分（第四版奎主编高等教育1999《电子实验与课程设计——赣师X院物理与电子信息学院.物理与电子信息学院

模拟电路程设计

成绩评定表专业

程班：信本学号：46XX：课题名称

设计任务与要求

①输出波形频率X围为0.02KHz~20kHz且连续可调；②正弦波幅值为±2V③方波幅值为2V；④锯齿波峰-峰值为2V占空比可调；⑤分别用三个发光二极管显示三种