1、苏州科技学院天平学院模拟电子技术课程设计报告课设名称 正弦波方波三角波信号发生器设计组 长 学号：成绩： 组 员 学号：成绩： 组 员 学号：成绩： 组 员 学号：成绩： 专 业 电子信息工程(物联网) 指导教师 胡 伏 原 二一二年七月模拟电子技术课程设计报告一 设计课题名称正弦波方波三角波信号发生器设计二 课程设计目的、要求与技术指标2.1 课程设计目的（1） 巩固所学的相关理论知识；（2） 实践所掌握的电子制作技能；（3） 会运用 EDA 工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试，进一步完善理论设计；（4） 通过查阅手册和文献资料，熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元器件的原则；
2、（5） 掌握模拟电路的安装测量与调试的基本技能 ,熟悉电子仪器的正确使用方法,能力分析实验中出现的正常或不正常现象(或数据)独立解决调试中所发生的问题；（6） 学会撰写课程设计报告；（7） 培养实事求是,严谨的工作态度和严肃的工作作风；（8） 完成一个实际的电子产品，提高分析问题、解决问题的能力。2.2 课程设计要求（1） 根据技术指标要求及实验室条件设计出电路图，分析工作原理，计算元件参数；（2） 列出所有元器件清单；（3） 仿真设计的电路，达到设计要求；（4） 记录实验结果。2.3 技术指标（1） 输出波形：方波三角波正弦波；（2） 频率范围：100HZ200HZ 连续可调；（3） 输出电
3、压：正弦波-方波的输出信号幅值为 6V.三角波输出信号幅值为 02V 连续可调；（4） 正弦波失真度： 。%5三 系统知识介绍3.1 函数发生器原理方案一：首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波。方案二：首先产生方波三角波，再将方波变成正弦波或将三角波变成正弦波。3.2 函数发生器的各方案比较我选的是第二个方案，上述两个方案均可以产生三种波形。方案二的电路连接部方便而且这样用了很多元器件，在方案的在调节的时候比较方便可以很快的调节出波形。四 电路方案与系统、参数设计4.1 基于集成运算放大器与晶体管差分放大器的函数发生器4.1.1 设计思路比较器输出的
4、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。由比较器和积分器组成方波三角波产生电路如下图一所示：图一 设计框图4.1.2 工作原理方波发生电路因为方波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就是要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有
5、延迟环节来确定每种状态维持的时间。方波电压状态如下图所示：图二此电路由反相输入的滞回比较器和 RC 电路组成。RC 回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过 RC 充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压 Uo=+Uz,则同相输入端电位 Up=+UT。Uo 通过 R1 对电容 C 正向充电。反相输入端电位 n 随时间 t 的增长而逐渐增高，当 t 趋于无穷时，Un 趋于+Uz；但是，一旦 Un=+Ut,再稍增大，Uo 从+Uz 跃变为-Uz,与此同时 Up 从+Ut 跃变为-Ut。随后，Uo 又通过 R1 对电容 C 反向充电。Un 随时间逐渐增长而减低，当 t 趋于无穷大时，Un
6、趋于-Uz；但是，一旦 Un=-Ut,再减小，Uo 就从-Uz 跃变为+Uz，Up 从-Ut 跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。图三方波-三角波转换电路将方波电压作为积分运算电路的输入，在其输出就得到三角波电压（如图 3.4 所示） 。当方波发生电路的输出电压 Uo=+Uz 时，积分运算电路的输出电压 Uo 将线性下降；而当 Uo=-Uz时，Uo 将线性上升。积分电路的输入电压是滞回比较器的输出电压 Uo1，而且 Uo1 不是+Uz，就是-Uz。设初态时正好从-Uz 跃变为 +Uz，则积分电路反向积分，Uo 随时间的增长线形下降，一旦 Uo=-Ut，再稍减
7、小，Uo1 将从+Uz 跃变为-Uz。积分电路正向积分，Uo 随时间的增长线形增大，一旦 Uo=+Ut，再稍增大，Uo1 将从-Uz 跃变为+Uz，回到初态，积分电路又开始反向积分。电路重复上述过程，因此产生自激振荡，三角波发生电路如下图 3.5 所示：方波-三角波波形图四所示：图四三角波-正弦波转换电路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，可以有效的抑制零点漂移，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。正弦波电路如下图五所示图五为使输出波形更接近正弦波：（1） 传输特性曲线越对称，线性区越窄越好；（
8、2） 三角波的幅度 Um 应正好使晶体管接近饱和区或截止区。（3） 图为实现三角波正弦波变换的电路。其中 R4 和 R12 调节三角波的幅度，R13 调整电路的对称性。电容 C1 为隔直电容，C2 和 C3 为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。4.1.3 元器件与参数设计4.1.4 仿真电路图与分析电路的仿真图图六仿真图的分析通过改变 R7 上的数值变大使得三角波的幅值变大，并且改变 R4 上的幅值变小的时候使得三角波的频率发生改变。提高 R7 上的幅值与减少 R4 的幅值会使得方波信号的频率和正弦信号的频率减小。4.1.5 六器件清单表表 元器件清单表元器件名称 个数 型号 主要参数虚
9、拟示波器 1 Xsc1滑动变阻器 4 Key=A 1M电阻 6 R 10K电容 4 C 100nf元器件名称 个数 型号 主要参数虚拟示波器 1 Xsc14.2 基于 RC 的函数发生器4.2.1 设计思路函数发生器组成框图，主要有 RC 桥式振荡电路，过零比较器，积分器三大主要模块电路构成。经过 RC 桥式振荡电路产生正弦波波 ，再经过零比较器产生方波，然后由积分器产生三角波。其总的原理设计框如图：图七 原理图4.2.2 工作原理正弦波：利用 RC 桥式振荡电路产生正弦波，原理如下图所示；其中 RC 串并联电路构成正反馈支路，同时兼并选频网络，R1,R4,R5 及二极管等原件构成负反馈和稳幅环节。RC 桥式振荡器 RC 桥式振荡器 RC 桥式振荡器方波正弦波三角波图八调节电位器 R2，可以改变负反馈深度，以满足震荡的振幅条件和改善波形，利用两个反向二极管 D1,D2 正向电阻的非线性来实现稳幅。D1,D2 采用硅管，且要求特性匹配，才能保证输出波形正负半周对称。R2 的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。振荡频率： 120CRf其振幅值条件： )|3(541rvdf方波：利用过零比较器产生方波，其原理如下图所示
