基于Multisim的方波、三角波和正弦波发生器

1、.课程：Multisim课程设计班级：10 电信本 2班姓名：6 2 2学号：100917024教师：吕老师.专业资料 .专业资料 .专业资料 .课程设计 -基于 Multisim的方波 、三角波和正弦波发生器一设计目的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 培养综合应用所学知识来指导实践的能力4 掌握常用元器件的识别和测试5 熟悉常用仪表 ，了解电路调试的基本方法二设计要求能够同时显示出方波、三角波和正弦波。三设计原理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

2、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.专业资料 .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，本课程设计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

3、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。电压比较器积分电路低通滤波器图 1 原理框图方波发生电路工作原理此电路由反相输入的滞回比较器和RC 电路组成 。 RC 回路即作为迟滞环节，又作为反馈网络 ，通过 RC 冲、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 R3 对电容 C

4、 正向充电 ，如图中箭头所示。反相输入端电位n 随时间的增长而逐渐增高，当 t 趋于无穷时 ， Un 趋于 +Uz ；但是 Un=+Ut，再稍增大 ，Uo 从+Uz 跃变为 -Uz ，与此同时Up 从 +Ut 跃变为 -U T。 随后 ，Uo 又通过 R3 对电容反相充电，如图中虚线箭头所示。 Un 随时间逐渐增长而减低，当 T 趋于无穷大时，Un 趋于 -Uz ；.专业资料 .但是 ，一旦 Un=-Uz再减小 ， UO 就从 -Uz 跃变为 +Uz ， UO 从 -Ut 跃变为 +Ut ，电容又开是正向充电 。 上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。方波 - 三角波转换电路的工作原理C13U

5、1R132U2R4Rp242150%4R251R3Rp1R17550%图 2 方波 三角波转换电路原理U TR 2U o 2 m4 R2 (R4R p 2 ) C 1R 3R p 1TR3R p 1若 a 点断开 ，运算发大器A1 与 R1、 R2 及 R3、 RP1 组成电压比较器， C1 为加速电容 ，可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压，即 U-=0 ，同相输入端接输入电压Uia ，R1称为平衡电阻 。 比较器的输出Uo1 的高电平等于正电源电压+Vcc ，低电平等于负电源电压-Vee （ |+Vcc|=|-Vee| ） , 当比较器的 U+=U-=0时，比较器翻转 ，输出 Uo1

6、 从高电平跳到低电平 -Vee, 或者从低电平Vee 跳到高电平Vcc。设 Uo1=+Vcc, 则.专业资料 .R2R3RP1U ia0U( VCC)RP1R2 R3 RP1R2 R3将上式整理 ，得比较器翻转的下门限单位Uia- 为U iaR2( VCC)R2VCCR3RP1RP1R3若 Uo1=-Vee, 则比较器翻转的上门限电位Uia+ 为U iaR2( VEE)R2VCCR3RP1RP1R3比较器的门限宽度U H U iaU ia2R2I CC31RRP由以上公式可得比较器的电压传输特性，如图 3-71 所示 。a 点断开后 ，运放 A2 与 R4、 RP2、 C2 及 R5 组成反相

7、积分器，其输入信号为方波Uo1 ，则积分器的输出 Uo2 为 U O 21U O1dt(R4RP2 )C2U O1VCC 时，UO2(VCC )VCCt(R4t( R4RP2 )C2RP2 )C2U O1VEE 时，UO2(VEE )VCCt( R4t( R4RP2 )C2RP2 )C2可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下图所示 。a 点闭合 ，既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R2的幅度为U O 2m R RP VCC31方波 - 三角波的频率f 为RRPf314R2 ( R4RP2 )C2.专业资料 .由以上

8、两式可以得到以下结论：1. 电位器 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 。 若要求输出频率的范围较宽 ，可用 C2 改变频率的范围 ， PR2 实现频率微调 。2.方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc 。 三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc 。电位器 RP1 可实现幅度微调，但会影响方波- 三角波的频率。三角波 - 正弦波转换电路的工作原理图 3 三角波 正弦波转换电路原理三角波 正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。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 ，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。分析表明 ，传输特性曲线的表达式为：.专业资料 .I C 2aI 0I C 1aI 0aI E 2/ U TaI E 1U id/ U T1eU id1 e式中a I C / I E 1I 0 差分放大器的恒定电流；U T 温度的电压当量 ，当室温为 25oc时， UT 26mV 。如果 Uid 为三角波 ，设表达式为4U mtT0TT4t2U id3T4U mtTt TT42式中Um 三角波的幅度 ；T 三角波的周期。方波 三角波