1、课题名称 多种波形发生器 课题代码 203 院（系） 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 生 时 间 指导教师签名： 教研室主任（系主任）签名： 一 设计目的1、了解并掌握电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力。2、通过查阅手册和文献资料，进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则；进一步掌握电子仪器的正确使用方法。3、学会使用 EDA 软件 Multisim 对电子电路进行仿真设计。4、初步掌握普通电子电路的安装、布线、 调试等基本技能。5、提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力，学会撰写课程设计总结报告；培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。二设计内
2、容、要求及设计方案1、任务设计并制作能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。2、要求1）输出的各种波形工作频率范围 0.02 Hz20 kHz 连续可调；2）正弦波幅值l0V，失真度小于 1.5；3）方波幅值l0V；4）三角波峰一峰值 20V；各种输出波形幅值均连续可调；5）设计电路所需的直流电源。3、总体方案设计1）设计思路波形产生电路通常可采用多种不同电路形式和元器件获得所要求的波形信号输出。波形产生电路的关键部分是振荡器，而设计振荡器电路的关键是选择有源器件，确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。具体设计可参考以下思路。用正弦波振荡器产生正弦波输出，正弦波信号通过变
3、换电路得方波输出（例如用施密特触发器），用积分电路将方波变换成三角波或锯齿波输出；利用多谐振荡器产生方波信号输出，用积分电路将方波变换成三角波输出，用折线近似法将三角波变换成正弦波输出；用多谐振荡器产生方波输出，方波经滤波电路可得正弦波输出，方波经积分电路可得三角波输出；利用单片函数发生器 568038，集成振荡器 E1648 及集成定时器 555/556 等可灵活地组成各种波形产生电路。三、设计方案1）设计方案此次，多种波形发生器的实验，从设计思路可以看出，主要用到了正弦波振荡器，施密特触发器，积分电路等。基于本学期我们已经掌握的模拟电路课程的知识。经过我们小组讨论，我们觉得我们对于正弦波振
4、荡器，文式电桥结构，施密特触发器的概念以及积分电路都已比较清楚的了解。因此我们采用了如下设计方案：1.将 220V 的交流电经过单相桥式整流电路变换为直流电。完成这一任务主要靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。2. 用正弦波振荡器产生正弦波输出，其中的选频网络可以调整输出波形的频率。3. 用施密特触发器使正弦波信号通过变换电路得方波输出。4. 用积分电路将方波变换成三角波输出。从而得到能发出三种波形的波形发生器。此方案为我们主要的设计方案。其他方案：如：利用单片函数发生器 568038 灵活地组成各种波形产生电路。这为我们的第二方案。2）原理框图多种波形发生器原理框图如
5、图 1 所示。文氏桥振荡器(RC 串并联正弦波振荡器)产生正弦波输出，其主要特点是采用 RC 串并联网络作为选频和反馈网络，其振荡频率 f0=l/(2RC)，改变 RC 的数值，可得到不同频率的正弦波信号输出。为了使输出电压稳定，须采用稳幅措施。用集成运放构成电压比较器，将正弦波信号变换成方波信号输出。用运放构成积分电路，将方波信号变换成三角波或锯齿波信号输出。图 1 多种波形发生器原理框图整个电路主要是由 4 大部分组成，即文氏电桥振荡器，方波形成电路，三角波形成电路以及交流电变直流电源部分。四、自己所负责的单元电路的设计我们一组在本次实验中，分工明确。主要把实验分为四块协作完成分别为：1.
6、桥式整流电路部分，将交流电转换为直流电 2.正弦波振荡电路产生正弦波 3. 用施密特触发器输出方波 4.用积分电路输出三角波。 我主要负责设计文氏电桥振荡器电路用来产生正弦波。通过上网查阅资料，我了解到了 RC 正弦波振荡电路有两部分组成，其中一部分为放大电路，另一部分为选频网络以达到输出的各种波形工作频率范围 0.02 Hz20 kHz 连续可调的目的。其原理图如下所示：图中，左边框中的内容为选频网络，右边框中的内容为放大电路。文氏 桥正弦波发生器是由集成运放和文氏桥反馈电路组成的。图中，C1,R3 和 C2,R4 是文氏桥的两臂，构成正反 馈电路；电阻 R1 和 R2 构成负反 馈电路；振
7、荡条件由两个反馈电路的参数决定。文氏桥 正弦波发生器用来产生低频正弦信号。为便于起振，要适当削弱负反馈，即 R1 比理论值略大些或 R2 比理论值略小些。根据如上原理图，我设计了文氏电桥振荡器电路，并使用Multisim 对该单元电路功能进行仿真测试。最上方为选频网络， RCf*21考虑到输出正弦波的稳定，我在文氏电桥振荡器电路中增加了稳压的部分，以达到输出正弦波稳定的作用。其稳压的工作原理如下：1） 当 6 端即输出端的输出电压增大时，由于二极管的单向导电性和导电后钳位的特点，输出端电压增加便会导致 2 端即反相输入端的电压的增加，使 V3-V2 的值减小，从而使输出适当的变小，以达到稳压的
8、目的。2） 同理，当 6 端即输出端的输出电压减小时，由于二极管的单向导电性和导电后钳位的特点，输出端电压减小便会导致 2 端即反相输入端的电压的减小，使 V3-V2 的值增加，从而使输出适当的增加，以达到稳压的目的。此文氏电桥振荡器电路输出的正弦波形如下：如图所示,正弦波幅值在误差允许的范围内，失真度小于 1.5五设计过程中所遇到的各种问题在设计中，我遇到的问题有：1）在如上图所示的文氏电桥振荡器电路中，频率不能达到连续可调。根据式： 。于是我想到用可变电阻代替原来的定值电RCf*21阻，通过改 变电阻的阻值，使频率能在一定范围内连续可变。2）由于起初的输出不稳定，我想到了使用二极管单向导电
9、和钳位的特性，从而达到了稳定输出的目的。六使用 Multisim 对总体电路功能进行仿真测试首先对各部分电路进行分析1）将 220V 的交流电经过单相桥式整流电路变换为直流电部分单相桥式整流电路原理图如下：其利用了二极管的单向导电性将交流电变为直流电，并经过电容的滤波，使其变得平稳。Multisim 仿真图：将 220v 交流电转为直流电源：2）用施密特触发器使正弦波信号通过变换电路得方波输出部分如图，为使用 555 电路设计的施密特触发器用来输出方波。Multisim 仿真图：输出的方波波形：3） 使用积分电路将方波转换为三角波部分。其原理图如下：Multisim 仿真图：输出三角波波形：最
10、终将各部分电路组合成多种波形发生器如图,为我们设计的多种波形发生器，能产生三种波形：正弦波，方波和三角波。其中由两个单相桥式整流电路为电路提供直流电源。下部分别为文氏电桥振荡器电路，施密特触发器电路和积分电路。分别输出正弦波，方波和三角波。如图，两个示波器显示如下：输出方波和正弦波：输出三角波：七.其他方案方案二：利用单片函数发生器 568038 灵活地组成各种波形产生电路其原理简述：如图中所示，电压比较器 C1、C 2 的门限电压分别为 2VR/3 和VR/3（ 其中 VR=VCC+VEE） ，电流源 I1 和 I2 的大小可通过外接电阻调节，且 I2 必须大于 I1。当触发器的 Q 端输出
11、为低电平时，它控制开关 S 使电流源 I2 断开。而电流源 I1 则向外接电容 C 充电，使电容两端电压 vC 随时间线性上升，当 vC 上升到 vC=2VR/3 时，比较器 C1 输出发生跳变，使触发器输出 Q 端由低电平变为高电平，控制开关 S使电流源 I2 接通。由于 I2I1 ，因此电容 C 放电，v C 随时间线性下降。当 vC 下降到 vCVR/3 时，比较器 C2 输出发生跳变，使触发器输出端 Q 又由高电平变为低电平，I 2 再次断开，I 1 再次向 C 充电，vC 又随时间线性上升。如此周而复始，产生振荡。若 I2=2I1 ，v C 上升时间与下降时间相等，就产生三角波输出到
12、脚 3。而触发器输出的方波，经缓冲器输出到脚 9。三角波经正弦波变换器变成正弦波后由脚 2 输出。当 I1I22I1 时，v C 的上升时间与下降时间不相等，管脚 3 输出锯齿波。因此，8038 能输出方波、三角波、正弦波和锯齿波等四种不同的波形。八心得体会 通过对多种波形发生器的设计，我把理论联系到实际，把这个学期所学的模拟电路的知识和数字电路的知识真正在实践中联系起来。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计过程中，我感觉调试部分是最难的，因为理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，因此我在这方面也花了很多的时间进行经验的积累
