方波--三角波产生电路.docx

　 苏州科技大学天平学院电子与信息工程学院模拟电子技术课程设计报告 课设名称 　 　 设计方波-－三角波产生电路 　 　 学生姓名 　 　 　圣鑫　　　 　 　 　学 号　 　　 　 　 　 　 　　 　　 　 专业班级 　 　 　 　　　 通信1422 　 　 　　 　指引教师 　　 　　孙云飞 　 　 　 　 年 月 　 日— 　 年 月 日一、 设计课题设计方波--三角波产生电路二、 课程设计的目的及技术指标与规定 1、设计目的（１)掌握电子系统的一般设计措施；（２）掌握模拟ＩＣ器件的应用；(3)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;（4）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；（５)掌握模拟电路的安装\测量与调试的基本技能,熟悉电子仪器的对的使用措施，能分析实验中浮现的正常或不正常现象(或数据)独立解决调试中所发生的问题；(6）学会撰写课程设计报告；（7)培养实事求是,严谨的工作态度和严肃的工作作风;(８)培养综合应用所学知识来指引实践的能力。

2、技术指标与规定 （１)输出波形：方波－三角波-正弦波；　　 　(２）频率范畴:１00 HZ　~ 200 HZ持续可调; 　 （3）输出电压:正弦波-方波的输出信号幅值为6 Ｖ,三角波输出信号幅值为0 ~　2 V持续可调；（4） 正弦波失真度：γ ≤ 5 ％三、 系统知识简介　 函数信号发生器是一种可以产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波）、正弦波的电路 函数发生器有很宽的频率范畴，使用范畴很广，它是一种不可缺少的通用信号源 函数发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一,在研制、生产、测试和维修多种电子元件、部件以及整机设备时，都学要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上,用其她仪器观测、测量被测仪器的输出响应，以分析拟定它们的性能参数信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等，因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域　　　 　 　 函数发生器的设计有两种方案有四种： 　 方案一、由RC桥式电路产生正弦波,再由正弦波经比较器电路产生方波,再由方波经积分电路产生三角波。

　　 　 　 方案二、采用DＤＳ作为信号发生核心期间的全数控函数信号发生器根据输出信号波形类型可设立、输出信号幅度和频率可控制、输出频率的规定，选用ＡD9８5０芯片,并通过单片机程序和解决ＡD8950的3２为频率控制字，在经放大后加以数字电位器为核心的数字衰减网络，从而实现信号幅度、频率、类型的控制 　 　 　 　　　　　 图1 5G8038集成函数信号发生器 　 　 方案三、用5Ｇ８0３8集成函数信号发生器所需信号接入外部电路后５G80３8的9、3、2引脚就分别产生方波、三角波、正弦波频率调节部分通过其她引脚接外电路来实现，然后从5G8038出来通过选择开关选择所需的波形进入ＬM3１D8进行放大和幅度调节最后从ＬＭ3１D8出来的波即为频率和幅度可调的方波,三角波和正弦波5G8０38如图1所示 　 　 　　 　　方案四、由比较器和积分器构成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分电路得到三角波,三角波到正弦波由差分式放大电路完毕差分放大电路具有工作稳定、输入阻抗高、抗干扰能力强等长处特别是作为直流放大器时可以有效地克制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变换成正波。

设计框图如图2所示 　 图2 由比较器与积分器构成的函数发生器四、 设计所用软件Ｍuｌtｉsｉm 13.０　 软件简介Multisｉm是美国国家仪器（NI)有限公司推出的以Wiｎdowｓ为基本的仿真工具,合用于板级的模拟/数字电路板的设计工作它涉及了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力工程师们可以使用Ｍuｌtisｉm交互式地搭建电路原理图,并对电路进行仿真Multisｉm提炼了SPＩCE仿真的复杂内容,这样工程师无需懂得进一步的ＳPICE技术就可以不久地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育通过Muｌtiｓiｍ和虚拟仪器技术，PＣＢ设计工程师和电子学教育工作者可以完毕从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一种完整的综合设计流程　　 五、 电路方案与系统、参数设计1. 设计思路 总体设计思路为:先通过比较器产生方波，方波通过积分器产生三角波 1.１ 比较器原理比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路由于比较器电路应用较为广泛,因此开发出了专门的比较器集成电路图3 比较器　 　　　 图3（a）由运算放大器构成的差分放大器电路，输入电压ＶA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端,RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为: 若R1=R2，R3=ＲF,则,为放大器的增益。

当Ｒ１=R2=0（相称于R1、Ｒ２短路),R3＝RF=∞（相称于Ｒ３、ＲF开路)时，Vout=∞增益成为无穷大，其电路图就形成图3(b)的样子,差分放大器处在开环状态，它就是比较器电路事实上，运放处在开环状态时,其增益并非无穷大,而Voｕt输出是饱和电压，它不不小于正负电源电压,也不也许是无穷大 　　 　 　 　　　　　 　　 从图３（a)和3（ｂ)中可以看出，比较器电路就是一种运算放大器电路处在开环状态的差分放大器电路同相放大器电路如图３(c)所示如果图3（ｃ)中RF=∞,R1=０时，它就变成与图3(b)同样的比较器电路了 　 1．2　积分电路原理　 　　　积分是一种常用的数学运算,积分电路如图4所示运用抱负运放的特性有,，因此有，电容Ｃ以电流进行充电假设电容C初始电压,则 　 　 　 　 　 　　图4 积分电路 图4 积分电路 　 上式表白,输出电压为输出电压对时间的积分，负号表达它们在相位上是相反的又称反相积分器 当输入信号为如图5（a）所示的阶跃电压时,在它的作用下,电容器将以近似恒流方式进行充电,输出电压与时间t呈近似线性关系,如图5（b）所示。

因此 　 　　 　 　　 式中为积分时间常数当,增大，直到,即运放输出电压的最大值受供电直流电源电压的限制,致使运放进入饱和状态，保持不变,而停止积分 图5 积分电路的阶跃响应 （a）输入电压信号波形 （b）输出电压波形2. 工作原理 2.1方波产生电路原理 　　 方波产生电路是一种可以直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路由于方波或矩形波涉及极丰富的谐波,因此,这种电路又称为多谐振荡电路　　　　 　 　　 图6 双向限幅的方波产生电路矩形波产生电路如图6所示,它是在迟滞比较器的基本上,把输出电压经、Ｃ反馈集成运放的反相端在运放的输出端引入限流电阻Ｒ和两个稳压管而构成的双向限幅电路在接通电源的瞬间,电路的输出电压究偏于正向饱和还是负向饱和,纯属偶尔设输出电压偏于负饱和值，即时,则集成运放同相端的电压为 　 　　 　 而时电容反向充电，由零变负在高于之前， 不变当下降到略低于时，从–VＺ跳变到+ VZ与此同步,由 变为 　　 　 　 　 　 而 是电容充电,在低于此前， 不变。

当上升到略高于时,从+VＺ跳到–VZ如此循环不已,产生振荡，输出矩形波图7画出了在~时的一种方波的典型周期内输出端及电容C上的电压波形 　 　 　 　　 　图7 输出电压与电容器电压波形图因本次实验有明确规定:三角波输出信号幅值为0 ~ ２ Ｖ持续可调，因此方波部分的电路图修改如图8图8 方波产生电路图　2.2方波——三角波转换电路的工作原理　 产生三角波运用的是积分电路的原理 　　 　 　 　 图9 方波——三角波转换电路　 　 　 　 由于反相输入，,　故 　　 　 上式表白与的积提成比例,式中的负号表达两者相反，称为积分时间常数当为阶跃电压时,当积分电路的输入为方波时，电路将输出三角波3. 电路元件及参数设计 3.1 芯片uA741工作原理及原理图7４１型运算放大器具有广泛的模拟应用宽范畴的共模电压和无阻塞功能可用于电压跟随器高增益和宽范畴的工作电压特点在积分器、加法器和一般反馈应用中能使电路具有优良性能此外，它还具有如下特点：(1）无频率补偿规定；(2）短路保护；(3)失调电压调零；（4)大的共模、差模电压范畴；（5)低功耗。

7４１型运放双列直插封装的俯视图如图10(a)所示紧靠缺口（有时也用小圆点标记）下方的管脚编号为１，按逆时针方向，管脚编号依次为２,3，…,8其中,管脚２为运放反相输入端，管脚3为同相输入端,管脚6为输出端,管脚7为正电源端，管脚4为负电源端,管脚8为空端,管脚1和5为调零端一般，在两个调零端接一几十千欧的电位器,其滑动端接负电源,如图10（b)所示调节电位器,可使失调电压为零a）　 　 　 　　 　 （ｂ)图10 uA741型运算放大器的封装图 3．2 02DZ4.7二极管 　 由两个0２ＤZ4.7二极管构成了一种稳压二极管 　 稳压二极管的作用是限制和拟定方波的幅度，因此要根据设计所规定的方波幅度来选择稳压管的稳定电压此外，方波幅度和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关,为了得到对称的方波输出,一般应选用高精度的双向稳压管R2为稳压管的限流电阻,其值由所选用的稳压管的稳定电流决定 3.3 　频率与电容C　 由于设计任务书中规定频率范畴为1０0 HZ ～２00 HＺ 持续可调,而　 　 　 　 可见f与C成反比,若要得到1０0 HZ～ 200 ＨＺ,C要为0.1。

4. 总电路图与器材清单表图11 方波--三角波产生的总电路图元器件名称个数型号重要参数 运算放大器2741示波器1 可调电阻1　 50k电阻5Ｒ 　 20k,5k,10k电容1C　　　 　 0．1μＦ直流稳压电源4　 　　±12V二极管２02DＺ4.75.实验仿真成果图12 示波器六、 讨论　 设计中发生的问题1． 第一次独立完毕课程设计,没有。