方波三角波正弦波函数发生器.doc

1、武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书课 程 设 计 任 务 书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目：方波三角波正弦波函数发生器初始条件：具备模拟电子电路的理论知识；具备模拟电路基本电路的设计能力；具备模拟电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、频率范围三段：10100Hz，100 Hz1KHz，1 KHz10 KHz；2、正弦波 Uopp3V，三角波 Uopp5V，方波 Uopp14V；3、幅度连续可调，线性失真小；4、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书时间安排

2、：一周，其中 3 天硬件设计，2 天硬件调试指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书目 录1.概论11.112.方案设计与论证.32.1.33.单元电路设计93.1 方波发生电路的工作原理93.2 三角波正弦波电路的工作原理.103.3 电路参数选择及计算63.4.正负 12V 直流稳压电源的设计73.5 总电路图84.电路仿真114.1 方波三角波发生电路114.2 三角波正弦波发生电路115.实物制作125.1 焊接原理125.2 焊接工具及材料125.3 焊接方法及步骤135.4 电路板实物图146.性能参数7.数据分析1

3、68.实验总结219.参考书2210.附录23附录 1：原件清单22附录 2：原理图22附录 3：本科生课程设计成绩测定表24武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书01.概论 在人们认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的电子信号进行测量，因 而 如 何 根 据 被 测 量 电 子 信 号 的 不 同 特 征 和 测 量 要 求 ， 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。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号各 种 波 形 ， 然 后 用 其 它 仪 表 测 量 感 兴 趣 的 参

4、数 。 可 见 信 号 源 在 各 种 实 验 应测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试、信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。 波 形 发 生 器 就 是 信 号 源的 一 种 ， 能 够 给 被 测 电 路 提 供 所 需 要 的 波 形 。 传 统 的 波 形 发 生 器 多 采 用 模 拟 电 子 技 术 ，由 分 立 元 件 或 模 拟 集 成 电 路 构 成 ， 其 电 路 结 构 复 杂 ， 不 能 根 据 实 际 需 要 灵 活 扩 展 。 随 着微 电 子 技 术 的 发 展 ， 运 用 单 片 机 技 术 ， 通 过 巧 妙 的

5、 软 件 设 计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波、方波、三角波、锯齿等幅值可调的信号。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小，输出稳定，可靠性高，特别在人们认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的电子信号进行测量，因 而 如 何 根 据 被 测 量电 子 信 号 的 不 同 特 征 和 测 量 要 求 ， 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。信号源主要给被测电路提供所需的已知信号(各 种 波 形 )， 然后 用 其 它 仪 表 测 量 感 兴 趣 的 参 数 。 可 见 信 号 源 在 各 种 实 验 应 用

6、和 实 验测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。 波 形 发 生 器 就 是 信 号 源 的 一 种 ， 能够 给 被 测 电 路 提 供 所 需 要 的 波 形 。 传 统 的 波 形 发 生 器 多 采 用 模 拟 电 子 技 术 ， 由 分 立 元 件或 模 拟 集 成 电 路 构 成 ， 其 电 路 结 构 复 杂 ，不 能 根 据 实 际 需 要 灵 活 扩 展 。 随 着 微 电 子 技 术 的 发 展 ， 运 用 单 片 机 技 术武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书12.方案设计与论证2.

7、1 信号产生电路方案一正弦波 方波 三角波图 1-2 正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图RC 正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波方波三角波函数发生器的设计方法，电路框图如图 1-2。先通过 RC 正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。此电路具有良好的正弦波和方波信号。但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同时改变。若要保持三角波幅度不变，需同时改变积分时间常数的大小。方案二本方案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

8、三角波正弦波函数发生器的设计方法。先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的积分电路RC 正弦波振荡电路 电压比较器武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书2电路设计方法，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。此方法已用，但差分很难调实际和仿真有较大差别；因此舍去。方案三此电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较

9、好的符合设计要求，且成本低廉、调整方便，关于输出正弦波波形的变形，可以通过可变电阻的调节来调整。但 RC 滤波性能不太好武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书3武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书43.单元电路设计由于考虑成本，方案实现简单，电路性能等问题用方案三。3.1 方波发生电路的工作原理图 3.1.1工作原理如下：若 a 点断开，运算放大器 A1 与 R1、R 2 及 R3、R P1 组成电压比较器，C 1 为加速电容，可加速比较器的翻转。由图 3.1.2 分析可知比较器有两个门限电压 CthVRPU1321th1322运放 A2 与 R4、 RP2、C 2 及 R5 组成反

10、相积分器，其输入信号为方波 Uo1 时，则输出积分器的电压为 tUUood)(12142当 Uo1=+VCC 时 tCRPo2142)(当 Uo1=-VEE 时 to214E2)(武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书5可见积分器输入方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图 3.1.2 所示。图 3.1.2 a 点闭合，即比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的幅度为C1322VRPUmo方波-三角波的频率为 21423)(f由上分析可知： 位器 RP2 在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。方波的输出幅度应等于电源电压。

11、三角波的输出幅度应不超过电源电压。电位器 RP1 可实现幅度上午微调，但会影响波形的频率。由于 C1322VRPUmo因此 324co132取 R3=10k,则 R3+RP1=30 k，取 R3=20k, RP1 为 47 k 的电位器。取平衡电阻 R1=R2/（R 3+RP1）10 k。因为武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书621423)(CRPf当 10Hzf 100Hz 时，取 C2=1 F，则 R4+RP2=（757.5）k，取 5.1 k，RP 2 为 100 k 电位器。当 19Hzf100Hz，取 C2=1F 以实现频率波段的转换，R 4、RP 2 的值不变。取平衡电阻

12、R5=10 k。三角波正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容 C3、C 4、C 5 要取得大，因为输出频率较低，取 C3=C4=C5=470 F，滤波电容 C6 一般为几十皮法至0.1 F。R E2=100 与 RP4=100，相并联，以减少差分放大器的线性区。差分 放大器的静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整 RP4 及电阻 R*确定。3.2 三角波正弦波的变换三角波-正弦波的变换电路主要由 RC 二阶低通有源滤波器来完成。根据三角波图 3.2的傅里叶变换展开式得知，三角波是由基波，三次谐波以及所有奇数次谐波等叠加而成的，其中三次谐波的幅值大概只有基波幅值的九分之一甚至更小，并且选频网络

13、所选出的基波本来就会衰减到原来三角波幅值的圆周率/4 倍。于是，二阶无源RC 低通选频网络， （大约信号频率没增大 3 倍，失真就会出现） 。此外，为了得到10Hz 甚至更低的频率的信号，以及 10KHZ 甚至更高频率的信号，需补增 3-10HZ 及10KHZ-30KHZ 的滤波网络。最后，电位器便能实现幅度连续可调节，但由于时间限制只做了二阶低通滤波器实验证明可滤 100hz 到几 khz 的波形较好。但因选的 RC是滤 100hz 的波形，因此到几 k 的时候幅值很小所以可以用几个 RC 滤波器使电路性能更好。 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书7经讨论，为使输出波形更接近正弦波，

14、由图可见要求。 3.3.正负 12V 直流稳压电源的设计图 3.3实际考虑到运放轨到轨用正负十二伏，但实测出来九伏电压更能满足实验要求。武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书84.电路仿真4.1 方波三角波发生电路4.2 三角波正弦波发生电路图 4.1.1图 4.1.2武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书94.2 三角波正弦波发生电路图 4.2.1图 4.2.2武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书105 实际波形图 5.1图 5.2图 5.3武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书11图 5.4图 5.5武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书12图 5.6图 5.7武汉理

15、工大学模拟电子技术基础课程设计说明书136 数据分析6.1 方波测试结果 ：输出电压 13.6v；频率 12.3hz-10k 可调；6.2 三角波测试结果：输出电压 5v，可调 2.5-7v，频率可调；和方波一样。6.2 正弦波测试结果：输出电压 500mv-3.3v,频率和方波一样。6.2 电源测试结果：输出+12.04v，-11.89v。 （实际用 9v 左右） 。武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书147.实验总结这个电路的特点是频率可调， 。不足之处在于导线过长，分立元件太多。这次遇到的问题主要是在设计过程没有考虑到的方面较多，在调试时才发现很多问题。比如原理问题。焊接时还发现了

16、实物制作的基本功不是很牢。焊出来的引脚不是特别美观。我发现一事实上要在电路设计中，应该仔细认证，从中我们可以学到很多东西，可以提高自己发现问题解决问题的能力，使自己的动手能力有一定的提高。出现故障时要积极面对，在检查线路时一定要有耐心，不要因为麻烦就放弃。遇见错误要一步一步的按照原理图来，先一步一步的测试，然后整体测试。不要没顺序没条理，这里测一下那里测一下，最后又什么都没查出来，那样既浪费了时间又浪费了精力。在设计时方案的选择很重要，要注意分析可能会遇到的问题。这次的制作其实走了一些弯路。中间过程中更改了一次方案，也花了不少时间。其实我们需要的是冷静的头脑。这个设计其实还可以有很多改进的地方

17、，比如布线时将导线布粗布短一些。可以将元件的布局改为更合理一些。并且尽量少在输入输出线上串联器件。这些都可以提高性能。武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书158.参考书1谢自美.电子线路设计实验测试. 湖北：华中科技大学出版社, 2006 2康华光.模拟电子技术基础. 北京：高等教育出版社,20064铃木雅臣. 晶体电路设计路设计.北京：科学出版社，20044刘岚. 电路分析基础 . 北京:科学出版社,20125吴友宇.模拟电子技术基础.北京：清华大学出版社,2009武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书16本科生课程设计成绩评定表姓 名 性 别 专业、班级 课程设计题目： 方波-三角波-正弦波函数发生器课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日