方波 三角波 正弦波發(fā)生器模電設計

1、 課程設計報告題 目 方波、三角波、正弦波信號發(fā)生器設計 課 程 名 稱 模擬電子技術課程設計 院 部 名 稱 機電工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 13電氣單 學 生 姓 名 王康健 學 號 1304201017 課程設計地點 C105 課程設計學時 1周 指 導 教 師 趙國樹 金陵科技學院教務處制目錄1、緒論31.1相關背景知識31.2課程設計目的 31.3課程設計的任務41.4課程設計的技術指標42、信號發(fā)生器的基本原理5 2.1原理框圖5 2.2總體設計思路53、各組成部分的工作原理6 3.1方波產(chǎn)生電路6 3.1.1方波產(chǎn)生電路圖6 3.1.2方波產(chǎn)生電路的原理6 3.

2、1.3方波電路參數(shù)的計算6 3.2方波到三角波的轉換電路7 3.2.1方波到三角波轉換電路圖7 3.2.2方波到三角波轉換電路的工作原理7 3.2.3方波到三角波轉換電路參數(shù)的計算7 3.3三角波到正弦波的轉換電路8 3.3.1三角波到正弦波轉換電路圖8 3.3.2三角波到正弦波轉換電路的工作原理8 3.3.3三角波到正弦波轉換電路參數(shù)計算84、電路仿真結果9 4.1方波產(chǎn)生電路的仿真結果94.2三角波轉換電路的仿真結果9 4.3正弦波轉換電路的仿真結果9 5、設計結果分析與總結12 主要參考文獻121. 緒論凡是產(chǎn)生測試信號的儀器，統(tǒng)稱為信號源。也稱為信號發(fā)生器，它用于產(chǎn)生被測電路所需特定參

3、數(shù)的電測試信號。在測試、研究或調整電子電路及設備時，為測定電路的一些電參量，如測量頻率響應、噪聲系數(shù)，為電壓表定度等，都要求提供符合所定技術條件的電信號，以模擬在實際工作中使用的待測設備的激勵信號。信號源可以根據(jù)輸出波形的不同，劃分為正弦波信號發(fā)生器、矩形脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器和隨機信號發(fā)生器等四大類。正弦信號使使用最廣泛的測試信號。信號發(fā)生器能產(chǎn)生多種波形，能三角波、鋸齒波、方波、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。1.1相關背景知識信號發(fā)生器也稱信號源，是用來產(chǎn)生振蕩信號的一種儀器，為使用者提供需要的穩(wěn)定、可信的參考信號，并且特征參數(shù)完全可控。所謂可控信號特征，主要是指輸出信號的頻率

4、、幅度、波形、占空比、調制形式等參數(shù)都可以人為地控制設定。隨著科技的發(fā)展，實際應用到的信號形式越來越多，越來越復雜，頻率也越來越高，所以信號發(fā)生器的種類也越來越多，同時信號發(fā)生器的電路結構形式也不斷向著智能化、軟件化、可編程化發(fā)展。由于信號源信號的特征參數(shù)均可人為設定，所以可以方便的模擬各種情況下不同特性的信號，對于產(chǎn)品研發(fā)和電路實驗特別有用。信號發(fā)生器技術發(fā)展至今，引導技術潮流的仍是國外的幾大儀器公司，如日本橫流、Agilent、Tektronix等。美國的FLUKE公司的FLUKE-25型函數(shù)發(fā)生器是現(xiàn)有的測試儀器中最具有多樣性功能的幾種儀器之一，它和頻率計數(shù)器組合在一起，在任何條件下都可

5、以給出很高的波形質量，能給出低失真的正弦波和三角波，還能給出過沖很小的快沿方波，其最高頻率可以達到5MHz，最大輸出幅度也達到10Vpp。國內信號發(fā)生器起步晚，但是發(fā)展至今，已經(jīng)漸漸跟上國際的腳步，能夠利用高新技術開發(fā)出達到國際水平的高性能多功能信號發(fā)生器。1.2課程設計目的通過本次課程設計所要達到的目的是：提高學生在模擬集成電路應用方面的技能，樹立嚴謹?shù)目茖W作風，培養(yǎng)學生綜合運用理論知識解決實際問題的能力。學生通過電路設計初步掌握工程設計方法，逐步熟悉開展科學實踐的程序和方法，為后續(xù)課程的學習和今后從事的實際工作打下必要的基礎。1.3課程設計的任務設計一個方波、三角波、正弦波函數(shù)發(fā)生器；能同

6、時輸出一定頻率一定幅度的三種波形：正弦波、方波和三角波；用5V電源供電；1.4課程設計的技術指標輸出波形：正弦波、方波、三角波；頻率范圍在10Hz-10000Hz范圍內可調； 比較器用LM339,運算放大器用LM324，雙向穩(wěn)壓管用兩個穩(wěn)壓管代替。2. 信號發(fā)生器的基本原理2.1原理框圖2.2信號發(fā)生器的總體設計信號發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生多種波形,如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。函數(shù)信號發(fā)生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的用途，可以用于生產(chǎn)測試、儀器維修和實驗室，還廣泛使用在其它科技領域，如醫(yī)學、教育、化學、通訊、地球物理學、工業(yè)控制、軍事和宇航等。它

7、是一種不可缺少的通用信號源。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調試技術，本課題采用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波三角波正弦波信號發(fā)生器的設計方法。本課題中信號發(fā)生器電路組成框圖如下所示：由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路同樣由積分環(huán)節(jié)來完成。電壓比較器實現(xiàn)方波的發(fā)生，方波通過積分環(huán)節(jié)可以將方波變換成三角波，同樣將三角波通過積分環(huán)節(jié)可將三角波變換成正弦波。 三角波 正弦波 方波 信號發(fā)生器電路組成框圖3. 各組成部分的工作原理3.1.1方波產(chǎn)生電路圖3.1.2方波產(chǎn)生電路的工作原理此電路由反相輸入的滯回比較器和RC

8、電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉換。設某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UT。Uo通過R3對電容C正向充電，如圖中實線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過R3對電容C反向充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時間逐漸增長而減低，當t趨于無窮大時，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開始正相充電。上述過

9、程周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。調節(jié)R8可以調節(jié)頻率幅度3.1.3 方波電路電路參數(shù)的計算U-=UcU+= (R3/ (R3+R4+Rp2) (+Uz)Ut = (R3/ (R3+R4+Rp2) (+Uz)Uc (t) =Uc (oo) + Uc (0)-Uc (oo) e -t/Ut+=Uz+ Ut_-Uz T=2/ln (1+2R3/（R4+Rp2)3.2.1方波到三角波轉換電路圖 3.2.2方波到三角轉換電路的工作原理若a點斷開，運算發(fā)大器A1與R1、R2及R3、R8組成電壓比較器，C2為加速電容，可加速比較器的翻轉。運放的反相端接基準電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓Uia，R1稱

10、為平衡電阻。比較器的輸出Uo1的高電平等于正電源電壓+Vcc，低電平等于負電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）,當比較器的U+=U-=0時，比較器翻轉，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。a點斷開后，運放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器,其輸入信號為方波Uo1，則積分器的輸出為Uo2。a點閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波-三角波。調節(jié)R9可以調節(jié)頻率幅度3.2.3方波到三角波轉換電路參數(shù)的計算設Uo1=+Vcc,則 將上式整理，得比較器翻轉的下門限單位Uia-為 若Uo1=-Vee,則比較器翻轉的上門限電位

11、Uia+為 比較器的門限寬度由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖3-71所示。a點斷開后，運放A2與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號為方波Uo1，則積分器的輸出Uo2為時，時，可見積分器的輸入為方波時，輸出是一個上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關系下圖所示。a點閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波-三角波。三角波的幅度為方波-三角波的頻率f為3.3三角波到正弦波的轉換電路3.3.1三角波到正弦波轉換電路圖3.3.2三角波到正弦波轉換電路的工作原理將三角波變成正弦波是經(jīng)過一個非線性的變換網(wǎng)絡（正弦波變換器）而得以實現(xiàn)，在這個非線性網(wǎng)絡中，當三角

12、波點位向兩端頂點擺動時，網(wǎng)絡提供的電流同路阻抗會變小，這樣就使三角波的兩端變?yōu)槠交恼也ㄝ敵?。調節(jié)R12可以調節(jié)頻率幅度3.3.3三角波到正弦波轉換電路參數(shù)計算比較器A1與積分器A2的元件計算如下。得即取 ，則，取 ，RP1為47K的點位器。區(qū)平衡電阻由式（3-62）即當時，取，則，取，為100K電位器。當時 ，取以實現(xiàn)頻率波段的轉換，R4及RP2的取值不變。取平衡電阻。三角波正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：根據(jù)不同頻率段的輸入的三角波變更換第二個積分環(huán)節(jié)的電容大小，根據(jù)需要控制反向放大器的放大倍數(shù)以得到符合要求的幅值。4. 電路仿真結果4.1 方波產(chǎn)生電路的仿真結果4.2 方波到三角轉換電

13、路的仿真結果4.3 三角波到正弦波轉換電路的仿真結果5 設計結果分析與總結通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設計，我還深刻認識到了“理論聯(lián)系實際”的這句話的重要性與真實性。而且通過對此課程的設計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也鞏固了以前知道的知識。最重要的是在實踐中理解了書本上的知識，明白了學以致用的真諦。也明白老師要求我們做好這個課程設計的原因。他是為了教會我們如何運用所學的知識去解決實際的問題，提高我們的動手能力。在整個設計到電路的焊接以及調試過程中，我個人感覺調試部分是最難的，因為你理論計算的值在實際當中并不一定是最佳參數(shù)，我們必須通過觀察效果來改變參數(shù)的數(shù)值以期達到最好。本次實驗采用集成運算放大器LM324來產(chǎn)生方波，三角波，正弦波，綜合運用了遲滯比較器，積分器，二階有源低通濾波電路，既讓理論聯(lián)系上了實際，又鍛煉了我們的動手能力。 參考文獻李萬