函数信号发生器方波-三角波-正弦波.doc

《模拟电路》 课程设计任务书20 11－20 12 学年 第 2 学期　第 1 周－ 1.5周 题目设计制作一个产生方波-三角波-正弦波函数转换器内容及要求1  输出波形频率范围为0.2KHz~20kHz且连续可调；2  正弦波幅值为±2V；3    方波幅值为2V；4   三角波峰-峰值为2V，占空比可调；5 设计电路所需的直流电源可用实验室电源进度安排1. 布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备： 2天； 2. 领元器件、制作、焊接：3天3．调试+验收： 2.5天4.提交报告：2011-2012学年第二学期3～7周 学生姓名： 指导时间：第1～1.5周指导地点： E楼508 室任务下达20 12 年 2 月 12 日任务完成20 12 年 2 月 22 日考核方式1.评阅 □√ 2.答辩 □ 3.实际操作□√ 　4.其它□指导教师彭嵩系（部）主任陈琼摘要在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器用三角波，方波发生电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。

因此，本设计意在用LM324放大器设计一个产生方波-三角波-正弦波的函数转换器为了使这三种波形实现转换，需要设计一个电路将直流电转换成方波和三角波，继而将三角波转换成正弦波首先直流电源通过一个同相滞回比较电路转换为方波，方波通过一个积分电路转换为三角波，最后经滤波电路（RC振荡电路产生）转换为正弦波从而实现转换器的设计关键字：放大、波形转换、积分）目录前言………………………………………………………………………………………5第一章 设计任务及要求………………………………………………………………5第二章 系统组成及原理………………………………………………………………62.1 系统组成………………………………………………………………………62.2 工作原理………………………………………………………………………6第三章 电路方案设计 ………………………………………………………………7方案一 ……………………………………………………………………………73.1 方波－三角波转换电路………………………………………………………73.2 三角波－正弦波转换电路 …………………………………………………7方案二 …………………………………………………………………………9方案论证 ………………………………………………………………………9第四章 单元电路设计与计算………………………………………………………104.1 方波—三角波转换电路的设计与计算 …………………………………10 4.2 三角波—正弦波转换电路的设计与计算…………………………………11第五章 实验、调试及测试结果与分析……………………………………………12 5.1 实验仪器……………………………………………………………………125.2 调试方法 …………………………………………………………………125.3 性能测试及分析……………………………………………………………125.4 实验过程中的故障、原因及排除方法……………………………………14第六章 结论与心得 …………………………………………………………………15第七章 参考文献 …………………………………………………………………16附录1 元件清单 ……………………………………………………………………17附录2 电路图 …………………………………………………………………………17附录3 芯片管脚图 ……………………………………………………………………18前言 现今世界中电子技术与电子产品的应用越加广泛，人们对电子技术的要求也越来越高。

因此如何根据实际要求设计出简便实用的电子技术物品便显得尤为重要灵活、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能将简单的易获取的信号转换为自己所需的复杂信号是一项必不可少的技术我们有必要做好这相关方面的研究，为被测电路提供所需要的信号及各种波形，以便完成各种相关试验信号源在各种试验应用和实验测试处理中，仿真各种测试信号，提供给被测电路，用来满足实验的各种要求本文所设计的波形发生器就是信号源的一种，采用集成运算放大器、电阻和电容组成简单的电路，实现波形的产生和转换第一章 设计任务及要求一、 设计任务及要求①　 输出波形频率范围为0.2kHz~20kHz且连续可调；②　 正弦波幅值为±2V，；③　 方波幅值为2V；④　 三角波峰-峰值为2V，占空比可调；⑤　 设计电路所需的直流电源可用实验室电源第二章 系统组成及原理2.1系统组成1.第一部分：将直流电通过同相滞回比较电路和积分电路分别转换为方波和三角波三角波积分电路方波同相滞回比较电路直流电源2.第二部分：三角波经滤波电路转换为正弦波正弦波三角波滤波电路2.2工作原理1.方波三角波发生电路：通过R1 、R2调节方波的幅值，R2、R3调节方波的频率，R4和稳压管的稳压值调节三角波的峰峰值，利用二极管的单向导电性可使积分电路两个方向的积分通路不同，从而使得调节R5时可调节三角波的占空比。

2.三角波输入滤波电路：通过滤波作用将三角波转换成正弦波，输出正弦波的幅值由R6、R7、R8调节.第三章 电路方案设计方案(一)：设计一个产生方波—三角波—正弦波函数转换器包括同相滞回比较器和积分电路组成与滤电路3.1方波－三角波转换电路（如图3.1所示） 此部分由同相滞回比较电路和积分电路组成同相滞回比较器的输出高、低电平分别为Uoh=+Uz,Uol=-Uz，也即为方波的幅值滞回比较器的阈值电压±Ut为三角波的峰峰值图3.13.2三角波－正弦波转换电路（如图3.2）滤波法实现三角波与正弦波的转换要求输入三角波电压U1的最低频率为fmin，则其最高频率fmax小于3fmin，就可以利用低通滤波器或带通滤波器将三角波变换为正弦波.将三角波按傅里叶级数展开其中Um是三角波的幅值 UI(wt)=8/（π*π）Um(sin wt-1/9sin 3wt+1/25sin 5wt-…)图3.2总电路图如下图3.3所示图3.3方案(二)： 方波－三角波转换电路与方案一相同，三角波－正弦波转换电路用折线法实现，其电路频率可选较大差值总电路图如图3.4所示图3.4方案论证：我选的是第一个方案，上述两个方案均可以产生三种波形。

方案二的电路复杂，有过多焊接部分，而且较浪费元器件，但是方案的在调节的时候比较方便，可以很快的调节出波形方案一电路简洁利于焊接可以节省元器件，但是在调节波形的频率值时有一定的限度，由于整个电路时一起的只要调节前面部分就会影响后面的波形，所以选用方案一也可以达到要求第四章 单元电路设计与计算4.1方波—三角波转换电路的设计与计算1.方波三角波产生电路. 方波或矩形波包含极丰富的谐波,因此这种电路又称为多谐振荡电路.它是在迟滞比较器的基础上,增加了一个由R C组成的积分电路,把输出电压经过R C反馈到比较器的反相端.在比较器的输出端引入限流电阻R和两个背靠背的双向稳压管就组成了双向限幅房波发生电路.由于比较器中的运放处于正反馈状态,因此一般情况下,输出电压V0与输入电压V1不成线性关系,只有在输出电压V0发生跳变瞬间,集成运放两个输入电压才可近似等于零,即Vid=0或Vp=Vn=V1是输出电压V0转换的临界条件在接通电源的瞬间，输出电压究竟偏于正向饱和还是负向饱和，那纯属偶然设输出电压偏于正饱和值，即V0=Vz,时,加到电压比较器同相端的电压为+FVz,而加于反向端的电压,由于电容器C上的电压Vc不能突变,只能由输出电压V0通过电阻R按指数规律向C充电来建立,充电电流为i+.显然,党加到反向端的电压VC略正于+FVz时,输出电压便立即从正饱和值(+Vz)迅速翻转到负饱和值(-Vz),-Vz又通过R对C进行反向充电. 通常将矩形波为高电平的持续时间与振荡周期的比称为占空比,对称方波的占空比为50%.如需产生占空比小于或大于50%的矩形波,只需适当改变电容C的正 反向充电时间常数即可.三角波发生电路2.参数计算方波 周期、频率计算：T=2RCln（1+2R1/R2） f=1/T 幅值： 设计要求方波的幅值为±2V，则可令稳压管的稳压值为2V且R1为100KΩ的电位器。

三角波（三角波的占空比要求可调，可在反向输入端和输出端接上二极管 和一个电位器（100KΩ），二极管选用1N4007.幅值： 周期、频率： 三角波的幅值为±1V， 其中R6=0.5R5,可令电容C=1uf，根据所求结果可令R4、R5均为1KΩ的电位器，因为要求三角波的占空比可调，所以R4和R5之间用两个二极管以相反的方向连接设计要求最终输出的信号为0.2KHz~20KHz可求得R2=50KΩ，R3=1KΩ4.2三角波正弦波转换电路的设计与计算 滤波法将三角波转换为正弦波通过仿真为使正弦波的幅值可大范围调节可令R6为100KΩ的电位器，而R7=R8=1KΩ，电容C的大小为1uf第五章 实验、调试及测试结果与分析5.1实验仪器直流稳压电源，示波器5.2调试方法静态调试：用万用表主要是蜂鸣档对电路板进行静态测试，目的主要是为了防止虚焊或者漏焊动态测试静态调试没有问题之后方可以到实验室进行动态测试，要注意直流电源的接入方法动态测试要逐步调节，先测试方波的幅值，输出波形频率范围等再对三角波正弦波进行相应的调试。

然后对电路进行动态测试主要是测试方波、三角波、正弦波的振荡频率的调节范围注意用示波器测量幅值必须把所有的微调都调到顺时针顶端在测量之前必须把波形先调好，只有在波形不失真的情况下才能测量参数，否则所测数据没有任何意义5.3性能测试及分析5.3-1方波三角波 方波测试结果要求误差峰峰值（V）4.19V4V0.0475频率0.6KHz~11KHz0.2KHz~20KHz三角波测试结果要求误差峰峰值(V)1.44V2V-0.28频率0.6KHz~11KHz0.2KHz~20KHz5.3-2正弦波测试结果要求误差峰峰值（V）3.824-0.045频率0.6KHz~11KHz0.2KHz~20KHz误差分析：1、方案设计时对频率的要求考虑不够，使得频率难以达到要求所需的值；2、测量仪器本身有问题导致所测数据不能满足要求，外部干扰使得测量值存。