正弦波方波三角波发生电路模拟电子技术课程设计

苏州科技学院电子与信息工程学院模拟电子技术课程设计报告课设名称 模拟电子技术基础 学生姓名 吴森林 学号 1220108107 同组姓名 陈康 学号 1220108108 专业班级 电科 1211 指导老师 叶晓燕 设计一个正弦波-方波-三角波发生电路 （1）正弦波-方波-三角波的频率在 100HZ20KHZ 范围内连续可调；（2）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（3）正弦波失真度 5%一 设计实验目的（1）掌握电子系统的一般设计方法（2）掌握模拟 IC 器件的应用（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（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）培养综合应用所学知识来指导实践的能力（9）完成一个实际的电子产品；进一步提高分析问题、解决问题的能力二 设计原理（*）用分立元件设计。1.1 原理框图（1） 电路系统设计：一，正弦波发生器：（一） 、根据已知条件和设计要求，计算和确定元件参数。并在实验电路板上搭接电路，检查无误后接通电源，进行调试。（二） 、调节反馈电阻 R4，使电路起振且波形失真最小，并观察电阻 R4 的变化对输出波形 Vo的影响。（三） 、测量和调节参数，改变振荡频率，直至满足设计要求为止。测量频率的方法很多。如直接测量法（频率计，TDS 系列数字示波器均可） ；测周期计算频率法，以及应用李沙育图形法等等。测量时要求观测并记录运放反相、同相端电压 VN、VP 和输出电压 Vo波形的幅值与相位关系，测出 f0,算出 Avf与 Fv二，方波三角波发生器：（1） 、根据已知条件和设计要求，计算和确定元件参数。并在实验电路板上搭接电路，检查无误后接通电源，进行调试。（2） 、先后用双踪示波器同时观察简单的方波三角波产生电路输出电压 Vc、Vo 的波形，及常见的方波三角波产生电路输出电压 Vo1、Vo2 的波形，分别记录其幅值、周期以及他们相互之间的相位关系。（3） 、调节积分电阻 R（或改变积分电容 C） ，使振荡频率满足设计要求，调节 R1/R2的比值，使三角波的幅值满足设计要求。（2） 电路功能框图：一，正弦波发生器：二，方波三角波发生器：(3)元器件与参数设计： （一） ，正弦波：（A）参数的确定及元件的选取A、确定 R、C 的值根据设计所需求的振荡频率 fo，由式子 RC=1/(2fo)先确定 RC之积。B、选择集成运算放大器振荡电路中使用的集成运算放大器除要求输入电阻高、输出电阻低外，最主要的是运算放大器的增益-宽带积应满足 GBW3foC、选择阻容元件选择阻容元件时，应注意选择稳定性较好的电阻和电容，否则将影响频率的稳定性。此外，还应对 RC 串并联网络的元件进行选配，使电路中的电阻电容分别相等。（B） 、数据处理根据电路图设计模块选取元件参数分别为：Ra=10k、Rb=R4+R3、R1=10k、R2=10k、R3=10k、R4 为可调电阻；C1=0.01uF、C2=0.01uF。（二）方波三角波：（A）参数的确定与元件的选取A、选择集成运算放大器由于方波的前后沿与用作开关器件的 A 的转换速率 S 有关，因此当输出方波的重复频率较高时。集成运算放大器 A 应选用高速运算放大器，一般要求选用通用型运放即可。B、选择稳压二极管 D稳压二极管 D 的作用是限制和确定方波的幅度。因此要根据设计的要求方波幅度来进行选择稳压管的稳定电压 V。此外，方波幅度和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关，为了得到对称的方波输出，通常应选用高精度的双向稳压二极管（如 2DW7 型）。R 为稳压管的限流电阻，其值由所选用的稳压管的稳定电流决定。C，确定正反馈回路电阻 R 与 R如上面电路图中所示。R 与 R 的比值均决定了运算放大器 A 或A 的触发翻转电平，也就是决定了三角波的输出幅度。因此根据设计所要求的三角波输出幅度，由以上可以确定 R 与 R 的阻值。D,确定积分时间常数 RC积分元件 R、C 的参数值应根据方波和三角波所要求的重复频率来确定。当正反馈回路电阻 R、R 的阻值确定后，再选取电容 C 值，求得 R。（B）数据的处理简单的方波三角波产生电路根据电路图设计模块选取元件参数分别为 R1=10K、R2=20K、R3=1K、R 为可调电阻、Dz 为Vz=6V 的稳压管。（3）电路图与器材清单表正弦波发生器的主要元器件：集成运算放大器 1 片1/4W 金属膜电阻 10k、20k 若干可调电阻 1k 一只瓷片电容 2 只二极管 2 只方波三角波发生器的主要元器件：集成运算放大器 12 片1/4W 金属膜电阻 10k、20k 若干可调电阻 1k 1 只瓷片电容 1 只稳压二极管 2 只(*)也可以用函数发生器设计函数发生器的总方案函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器 S101 全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块 8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题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三角波正弦波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，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；也可以首先产生三角波方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：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。三 实验所用电路调节方波脉冲宽度调节正弦波失真程度调节方波电压大小调节反馈电路的放大倍数四 实验结果1.正弦波-方波-三角波的频率在 28.6HZ28.6KHZ 范围内连续可调；对应的28.6HZ 时,对应的电容大小为 1uf；对应的 28.6KHZ 时,对应的电容大小为0.01uf2.方波的输出幅值为 6V；正弦波的一级输出幅值为 2.8V,二级输出幅值为3.6V；三角波峰值在 04V 内连续可调 3.正弦波失真度一 讨论1.实验中发生的问题(1) 我们由一级电路得到的方波峰峰值达到 24V 左右,后通过分压电路得到所需要的方波电压峰值为 6V(2) 正弦波也可以通过负反馈电路适当放大用 555 计时器设计（1）电路系统设计：（介绍电路的设计思路与系统分类）函数发生器主要由 555 芯片、LM358N 两大主要模块电路构成。利用555电路完成相应的三种波形的转换，具有一定频率的方波转换得到相应的正弦和三角波。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。（2）电路功能框图：（电路功能各部分组成。 ）（3）元器件与参数设计：（元器件的选择、主要元器件的性能介绍、元器件参数设计。 ）a.LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。b.555定时器的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端 VSS 或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端3脚：输出端 Vo4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论 TR、TH 处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC 为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F 电容接地，以防引入干扰。6脚：TH 高触发端。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源 VCC，双极型时基电路 VCC 的范围是4.5 16V，CMOS 型时基电路VCC 的范围为3 18V。一般用 5V。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器 A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表6 1示。表6 1 555定时器的功能表清零端 高触发端 TH 低触发端 Q 放电管 T 功能0 0 导通 直接清零1 0 1 x 保持上一状态 保持上一状态1 1 0 1 截止 置11 0 0 1 截止 置11 1 1 0 导通 清零（4）电路图与器材清单表LM358 芯片 1 电阻 R8=R9 22k 2 R1 1k 1 R2 62k 1 R3 100 1 R4=R5=R6=10k 3 可调电阻 A 20k 1 R10 100k 1 电容 C3=470nF 1 C4=C5=10nF 2 可调电容 A=B=20nF 2 直流电源 Vcc=6v 1 555 电路板 1 接地线 （5）电路仿真：（电路仿真的软件、电路仿真的效果设计、电路仿真图、实际效果情况。 ）总电路图：正弦波方波三角波电路原理图运行结果：总结:利用 555 电路完成相应的三种波形的转换，具有一定频率的方波转换得到相应的正弦和三角！但对三角波和正弦波的失真率