方波转三角波转正弦波信号

课程设计报告题目方波、三角波、正弦波信号发生器设计课程名称模拟电子技术课程设计院部名称机电工程学院专业电气工程及其自动化班级学生姓名学号课程设计地点课程设计学时1周指导教师成绩目录1、绪论············································································31.1课程设计目的··························································31.2课程设计的任务························································31.3课程设计的技术指标··················································32、信号发生器的基本原理····················································42.1原理框图·································································42.2总体设计思路···························································43、各组成部分的工作原理···················································53.1正弦波产生电路·······················································53.1.1正弦波波产生电路的工作原理·································53.2正弦波到方波转换路··············································63.2.1正弦波到方波转换电路图····································73.2.2正弦波到方波转换电路的工作原理························73.3方波到三角波转换电路··············································73.3.1方波到三角波转换电路图····································83.3.2方波到三角波转换电路的工作原理························94、电路仿真结果·······························································104.1正弦波产生电路的仿真结果·········································104.2三角波到正弦波转换电路的仿真结果······························104.3方波到三角波转换电路的仿真结果································105、设计结果分析与总结·······················································111.绪论1.1课程设计的目的课程设计的目的在于巩固和加强电子技术理论学习，促进其工程应用，着重于提高学生的电子技术实践技能，培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力，了解开展科学实践的程序和基本方法，并逐步形成严肃、认真、一丝不苟、实事求是的科学作风和一定的生产观、经济观和全局观。1.2课程设计的任务设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器。1.3课程设计的技术指标.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.频率范围0.02—20kHZ范围内可调4.输出电压方波幅值为5V正弦波幅值为±5V三角波峰-峰值为5V占空比可调。1.4课程设计题目及要求信号发生器是一种能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。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，可以用于生产测试、仪器维修和实验室，还广泛使用在其它科技领域，如医学、教育、化学、通讯、地球物理学、工业控制、军事和宇航等。它是一种不可缺少的通用信号源。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如：①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；②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；③也可以通过单片集成函数发生器8038来实现……。先是对电路的分析，参数的确定选择出一种最适合本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。然后运用仿真软件Multisim对电路进行仿真。观察效果并与课题要求的性能指标作对比。2、信号发生器的基本原理2.1原理框图2.2总体设计思路函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、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(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—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，本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，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用差分放大器传输特性曲线的非线性。3、各组成部分的工作原理3.1正弦波产生电路3.1.1正弦波产生电路的工作原理图为RC桥式正弦波振荡器。其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R6、R5、RW及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器RW，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R8的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。电路的振荡频率2πRC1fO起振的幅值条件Rf/R5≥2式中Rf＝RW＋R7＋（R8//rD），rD—二极管正向导通电阻。调整反馈电阻Rf（调RW），使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大Rf。如波形失真严重，则应适当减小Rf。改变选频网络的参数C或R，即可调节振荡频率。一般采用改变电容C作频率量程切换，而调节R作量程内的频率细调。反馈网络1反馈系数为FV=VF/V0=sCR/1+3sCR+s2C2R2就实际的频率而言，可用s=jω替换，则得RCjCRRCjFV3)1(222如令,10RC则上式变为)(3100jFV由此可知RC串并联选频网络的幅频响应200)(91VF当RC10或RCff210时，幅频响应的幅值为最大，即FVMAX=1/3这就是说，当RC10时，输出电压的幅值最大，并且输出电压是输入电压的1/3同时输出电压与输入电压同向。所用元件：电阻，电容，二极管，LM324运算放大器，滑动变阻器元件参数:R全部取10kΩ，电容全部取100nF，运算放大器两端电压为-5v，5v。3.2正弦波到方波的转化电路3.2.1正弦波到方波的转化电路图3.2.2三角波到正弦波转换电路的工作原理在单限比较器中，输入电压在阀值电压附近的任何微小变化，都将引起输出电压的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。而滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因此也就具有一定的抗干扰能力。从反向输入端输人的滞回比较器电路如图所示，滞回比较器电路中引人了正反馈。从集成运放输出端的限幅电路可以看出，UO＝±UZ。集成运放反相输人端电位UP＝UI同相输入端电位。UT1=R2R1R2UREF-2R1R1RUZUT2=R2R1R2UREF+2R1R1RUZ本电路中UREF=0，所以UT1=-2R1R1RUZUT2=2R1R1RUZ集成运放处于开环状态，工作在非线性区，输入信号Ui加在正向输入端，当输入信号为正时，即U+为正时，U+U-，则输出为正。当输入信号为负时，即U+为负时，U-U+，则输出为负，如此周而复始，在集成运放输出端便得到了矩形波。所用元件：LM339运算放大器，正负5v直流电源，以及3.1中的元件元件参数：R1，R102KΩ，R2100KΩ,R91KΩ,R1110KΩ3.3方波到三角波转换电路3.3.2方波到三角波转换电路的工作原理积分电路分工为：U0=-21)(RC1ttdttu+u0(t1)当电源接通时，假设电容器初始电压为零，集成运放A2输出电压为正饱和电压值+Uz，积分器输入为+Uz，电容C开始充电，输出电压Uo3开始减小，u+值也随之变小，当Uo3减小到-(R9*Uz)/R10时.u+由正值变为零，滞回电压比较器A2翻转，集成运放A2的输出Uo2=-Uz.当Uo2=-Uz时，积分器输入负电压，输出电压Uo3开始增大，u+值也随之增大，当Uo3增加到(R9*Uz)/R10时，u+由负值变为零，滞回电压比较器A1翻转，集成运放A2的输出Uo2=Uz,此后，上述过程不断重复，便在A2的输出端得到幅值Uz的矩形波，A3输出端得到三角波。电仿真中信号源为方波，f0=1Kz,Umax=2V,电路中R=10K，C=1.1uF,由公式U0=-21)(RC1ttdttu+u0(t1)取四分之一同则T从0ms到0.25msU0=-1/(104×1.1×10-6)×0.25×10-3t+2所用元件：电阻，电容，LM324运算放大器，正负5v直流电源。元件参数：R13=9.1KΩ，R12=10KΩ,R14=100KΩ,C=100nF4、电路仿真结果4.1正弦波波产生电路的仿真结果4.2三角波到正弦波转换电路的仿真结果4.3方波到三角波转换电路的仿真结果5、设计结果分析与总结该电路分为三部分，第一部分为RC桥式正弦振荡电路，其功能是利用RC振荡产生特定频率的正弦波；第二部分为电压比较器电路，其功能为将正弦波转成方波；第三部分为积分电路，其功能为利用积分电路将方波转成三角波；在正弦波产生电路中f=1/(2∏RC),改变RC的值可以改变电路的信号频率，在电压比较器中，改变参考电压UREF的值可以改变方波的比例。本次试验是本人第一次亲身体会自己动手查资料、设计电路、仿真等过程，个人感觉收获很大。每当电路要成功时，当时的心情是那么的激动，但是前几次都没有成功，在我的不断努力、不断探索、不断查资料之下，终于将电路设计成功，在成功之时心情真的是好极了！当本人拿到课程设计题目时感觉很茫然，不知道从何入手，只有一张设计要求、没有工具、没有资料、没有材料，如何能完成设计要求呢！后来经过本人上网查资料了解到电路设计好了之后可以使用Multisim对其进行仿真，无需将电路事物图做出来。用Multisim10对电路进行仿真真的很方便，而且安全，还便于对电路进行修改。在实验过程中，我遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形一样的问题。在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啊。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识