方波--三角波產生電路

1、蘇州科技大學天平學院電子與信息工程學院模擬電子技術課程設計報告課設名稱設計方波-三角波產生電路學生姓名圣鑫學 號 1430119232專業(yè)班級通信1422指導教師孫云飛年 月 日一一、設計課題設計方波 -三角波產生電路二、課程設計的目的及技術指標與要求1、設計目的（1）掌握電子系統的一般設計方法；（2）掌握模擬 IC 器件的應用；（3）會運用 EDA 工具對所作出的理論設計進行模擬仿真測試， 進一步完善 理論設計；（4）通過查閱手冊和文獻資料，熟悉常用電子器件的類型和特性，并掌握 合理選用元器件的原則；（5）掌握模擬電路的安裝 測量與調試的基本技能 ,熟悉電子儀器的正確使用 方法，能分析實驗中

2、出現的正?；虿徽，F象 （或數據 ）獨立解決調試中所發(fā)生的 問題；（6）學會撰寫課程設計報告；（7）培養(yǎng)實事求是，嚴謹的工作態(tài)度和嚴肅的工作作風；（8）培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力。2、技術指標與要求（1）輸出波形：方波三角波正弦波；（2）頻率范圍： 100 HZ 200 HZ 連續(xù)可調；（3）輸出電壓：正弦波 -方波的輸出信號幅值為 6 V ，三角波輸出信號幅值 為 0 2 V 連續(xù)可調；（4）正弦波失真度：丫 5o%三、系統知識介紹函數信號發(fā)生器是一種能夠產生多種波形， 如三角波、 鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路。函數發(fā)生器有很寬的頻率范圍，使用范圍很廣，它是一種不可缺少的

3、通用信號源。函數發(fā)生器作為一種常用的信號源，是現代測試領 域內應用最為廣泛的通用儀器之一，在研制、生產、測試和維修各種電子元件、 部件以及整機設備時，都學要有信號源，由它產生不同頻率不同波形的電壓、 電 流信號并加到被測器件或設備上，用其他儀器觀察、測量被測儀器的輸出響應， 以分析確定它們的性能參數。信號發(fā)生器是電子測量領域中最基本、應用最廣泛 的一類電子儀器。它可以產生多種波形信號，如正弦波,三角波，方波等，因而廣泛用 于通信、雷達、導航、宇航等領域。函數發(fā)生器的設計有兩種方案有四種：方案一、由RC橋式電路產生正弦波，再由正弦波經比較器電路產生方波， 再由方波經積分電路產生三角波。ADJ-S

4、JNE TOUT(S)29)0UT(Q)方案二、采用DDS作為信號發(fā)生核心期間的全數控函數信號發(fā)生器根據輸 出信號波形類型可設置、輸出信號幅度和頻率可控制、輸出頻率的要求，選用 AD9850芯片，并通過單片機程序和處理 AD8950的32為頻率控制字，在經放 大后加以數字電位器為核心的數字衰減網絡，從而實現信號幅度、頻率、類型的 控制。圖15G8038集成函數信號發(fā)生器方案三、用 5G8038集成函數信號發(fā)生器所需信號。接入外部電路后5G8038的9、3、2引腳就分別產生方波、三角波、正弦波。頻率調節(jié)部分通過 其他引腳接外電路來實現，然后從5G8038出來經過選擇開關選擇所需的波形進 入LM3

5、1D8進行放大和幅度調節(jié)最后從 LM31D8出來的波即為頻率和幅度可調 的方波，三角波和正弦波。5G8038如圖1所示。方案四、由比較器和積分器組成方波一三角波產生電路， 比較器輸出的方波 經積分電路得到三角波，三角波到正弦波由差分式放大電路完成。 差分放大電路 具有工作穩(wěn)定、輸入阻抗高、抗干擾能力強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時可 以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正波。設計框圖如圖 2所示。圖2由比較器與積分器組成的函數發(fā)生器四、設計所用軟件Multisim 13.0軟件介紹Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以 Windows為基礎的仿 真工具，適用于板

6、級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖 形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以 使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了 SPICE仿真的復雜內容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過 Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子學教育工作者可以完成從理 論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。五、電路方案與系統、參數設計1.設計思路總體設計思路為：先通過比較器產生方波，方波通過積分器產生三角波

7、。1.1比較器原理比較器是由運算放大器發(fā)展而來的，比較器電路可以看作是運算放大器的一種應用電路。由于比較器電路應用較為廣泛，所以開發(fā)出了專門的比較器集成電路。圖3（a）由運算放大器組成的差分放大器電路， 輸入電壓Va經分壓器R2、R3分壓后接在同相端，Vb通過輸入電阻R1接在反相端，Rf為反饋電阻，若不 考慮輸入失調電壓，則其輸出電壓 Vout與VA、VB及4個電阻的關系式為：Rf* R3VoutR1Rf* VbFRf若R仁R2, R3=RF,則VoutVA VB 為放大器的增益。RRiJ當 R1= R2=0（相當于 R1、R2 短路）,R3 = RF = X（相當于 R3、RF 開路）時，V

8、out=增益成為無窮大，其電路圖就形成圖3（b）的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它 就是比較器電路。實際上，運放處于開環(huán)狀態(tài)時，其增益并非無窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負電源電壓，也不可能是無窮大。從圖3（a和3（ b）中可以看出，比較器電路就是一個運算放大器電路處于開 環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。同相放大器電路如圖3（c）所示。如果圖3（c）中Rf=%，Ri=o時，它就變成與圖3 （b） 樣的比較器電路了。1.2積分電路原理積分是一種常見的數學運算，積分電路如圖 4所示。利用理想運放的特性V。1RCV|dt*2 CkTV有Vn 0,i|0，因此有iii2 i，電容C以電流hV進行充電

9、。假設電容rC初始電壓Vc（0）0，則1VnV0hdtC1 vIdt C r圖4積分電路上式表明，輸出電壓v0為輸出電壓V|對時間的積分，負號表示它們在相位上是相反的。又稱反相積分器。圖中 V V當輸入信號Vi為如圖5(a)所示的階躍電壓時，在它的作用下，電容器將以近似恒流方式進行充電，輸出電壓 V。與時間t呈近似線性關系，如圖5 (b)Vi所示。因此V,RC式中RC為積分時間常數。當t 時，Vo Vi。當t ，V。增大 直到VoVom，即運放輸出電壓的最大值 Vom受供電直流電源電壓的限制，致使運放進入飽和狀態(tài)，V 0保持不變，而停止積分。(a)(b)圖5 積分電路的階躍響應(a)輸入電壓信

10、號Vi波形(b)輸出電壓Vo波形2.工作原理2.1方波產生電路原理方波產生電路是一種能夠直接產生方波或矩形波的非正弦信號發(fā)生電路。由于方波或矩形波包含極豐富的諧波，因此，這種電路又稱為多諧振蕩電路。Dz2圖6雙向限幅的方波產生電路矩形波產生電路如圖6所示，它是在遲滯比較器的基礎上，把輸出電壓經Rf、C反饋集成運放的反相端。在運放的輸出端引入限流電阻 r和兩個穩(wěn)壓管而組成的雙向限幅電路。在接通電源的瞬間，電路的輸出電壓究偏于正向飽和還是負向飽和， 純屬偶然。設輸出電壓偏于負飽和值，即V。Vz時，則集成運放同相端的電壓為Vp而V。Vz時電容反向充電,vc由零變負。在VC高于vP之前，V。 Vz不變

11、。當 V下降到略低于Vp時，V。從-/Z跳變到+ Vz。與此同時，Vp由RVjR2變?yōu)閂p-Rvz尺r2而VoVz是電容充電，在vc低于Vp以前，VoVz不變。當Vc上升到略高于Vp時，Vo從+VZ跳到-/Z。如此循環(huán)不已，產生振蕩，輸出矩形波。圖7畫出了在t t1t3時的一個方波的典型周期內輸出端及電容 C上的電 壓波形。圖7輸出電壓與電容器電壓波形圖因本次實驗有明確要求：三角波輸出信號幅值為 0 2V連續(xù)可調，所以方波部 分的電路圖修改如圖8。圖8方波產生電路圖2.2方波一一三角波轉換電路的工作原理產生三角波利用的是積分電路的原理圖9方波一一三角波轉換電路由于反相輸入,u0，故U|11ii

12、IfUoUcIFdtU| dtR1cR1C F上式表明u0與U|的積分成比例，式中的負號表示兩者相反，R|Cf稱為積分時間常數。當U|為階躍電壓時，u0 時，電路將輸出三角波。3.電路元件及參數設計Ui3.1芯片UA741工作原理及原理圖Ricf。當積分電路的輸入為方波741型運算放大器具有廣泛的模擬應用。寬范圍的共模電壓和無阻塞功能可 用于電壓跟隨器。高增益和寬范圍的工作電壓特點在積分器、加法器和一般反饋應用中能使電路具有優(yōu)良性能。此外，它還具有如下特點：（1）無頻率補償要求；（2）短路保護；（3）失調電壓調零；（4）大的共模、差模電壓范圍；（5） 低功耗。741型運放雙列直插封裝的俯視圖如

13、圖 10（a）所示。緊靠缺口（有時也用小圓點標記）下方的管腳編號為1,按逆時針方向，管腳編號依次為 2, 3,，&其中，管腳2為運放反相輸入端，管腳3為同相輸入端，管腳6為輸出端,管腳7為正電源端，管腳4為負電源端，管腳8為空端，管腳1和5為調零端。通常，在兩個調零端接一幾十千歐的電位器，其滑動端接負電源，如圖10 （b）所示。調整電位器，可使失調電壓為零。?U +87回5AJ L12134空端 U+ OUT調零調零 IN- IN+ U(a)6O(b)圖10uA741型運算放大器的封裝圖3.202DZ4.7 二極管由兩個02DZ4.7二極管組成了一個穩(wěn)壓二極管。穩(wěn)壓二極管的作用是限制和確定方波

14、的幅度，因此要根據設計所要求的方 波幅度來選擇穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。 此外，方波幅度和寬度的對稱性也與穩(wěn)壓管的 對稱性有關，為了得到對稱的方波輸出，通常應選用高精度的雙向穩(wěn)壓管。R2為穩(wěn)壓管的限流電阻，其值由所選用的穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流決定。3.3頻率與電容C由于設計任務書中要求頻率范圍為 100 HZ 200 HZ連續(xù)可調，而4R, (R, Rp2) C 1R3Rpi可見f與C成反比，若要得到100 HZ 200 HZ，C要為0.1 F圖11方波-三角波產生的總電路圖元器件名稱個數型號主要參數運算放大器2741示波器1可調電阻150k電阻5R20k,5k,10k電容1C0.1 uF直流穩(wěn)壓電源4 1

15、2V二極管202DZ4.75實驗仿真結果圖12示波器六、討論設計中發(fā)生的問題1第一次獨立完成課程設計，沒有經驗。2方波和三角波和接觸較少，特別是三角波，面對題目，不知道該怎么開 始。3設計電路圖時，關于比較器和積分電路的知識不足，無法讓兩個電路融 合在一起，成功得到波形。4沒有注意到設計任務書中有關于參數的要求，導致得到的波形不符合要 求。5電腦中沒有 Multisim 13.0 ，破解中遇到了一些困難。6沒有學習和使用過 Multisim 13.0 ，畫電路圖中，一些元件找不到； 連線時， 沒有仔細注意節(jié)點，導致電路圖一直不成功，得不到需要的波形。七、設計心得體會本次課程設計是我到目前為止覺

16、得最有意義也是收獲最大的一次實習，。 身為電氣工程系的學生，設計是我們將來必須的技能。而這次課程設計恰恰給 我們提供了一個應用自己所學知識的平臺。通過本課題的設計，我感慨頗多，從拿到課題到定稿，從理論到實踐，在課 程設計的過程中 ,可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時 不僅可以鞏固了以前所學過的知識， 而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知 識。 因為這次課程設計需要動腦動手，把自己課堂上學到的軟件和硬件知識全 部應用進來。 要想完成好這次課程設計， 必須熟悉模擬電子技術理論知識， 與外 部電路的連接。 這其中有以前課堂上學過的也有需要我們自學研究的， 這不僅考 察了自己原來的知識程度還加強了我們獨立獲取知識并加以運用的能力。通過這次實驗， 我對函數發(fā)生器的了解擴寬了，