《模拟电子》课设--正弦波-方波-三角波产生电路

1、 模拟电子技术课程设计报告课程设计报告1 设计课题设计正弦波-方波-三角波产生电路2 课程设计目的模拟电子技术课程设计是学习理论课程之后的实践教学环节。目的是通过解决实际问题来巩固和加深在模拟电子技术课程中所学的理论知识和实验技能。设计训练学生综合运用学过的电子技术基础知识，并去完成查找资料，选择、论证方案，设计电路，安装调试，分析结果，撰写报告等工作。使学生初步掌握模拟电子电路设计的一般方法步骤，通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力，为后续课程的学习、毕业设计和毕业后的工作打下一定的基础。本实验用Multisim软件完成正弦波-方波-三角波产生电路的设计。3系统知

2、识介绍 函数信号发生器根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，其电路中使用的器件可以是分离器件，也可以是集成器件，产生方波、正弦波、三角波的方案有多种。如先运用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，根据周期性的非正弦波与正弦波所呈的某种确定的函数关系，再通过滞回比较器将正弦波转化为方波，最后经过积分电路后将其变为三角波。4电路方案与系统、参数设计（1）电路系统设计本次设计采用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，此电路的振荡频率较低，一般在1MHz以下，基本符合本设计的参数要求，它是以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络，以电压串联负反馈放大电路为放大环节，以二极管结合电阻构成稳幅电路，具有振

3、荡频率稳定，带负载能力强，输出电压失真小等优点。通过滞回比较器将正弦波转化为方波，采用双稳压二极管用于输出电压的限幅，后通过电压跟随器提高带负载能力。最后通过一个积分电路将正弦波转化为三角波，采用两个电容分别满足低频与高频的要求，在最大程度上减小三角波的失真度。（2）电路功能框图本次设计采用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，然后通过滞回比较器将正波转化为方波，最后通过一个积分电路将正弦波转化为三角波，其具体功能框图如图（1）所示：图（1）电路功能框图（3）元器件与参数设计整体电路采用型号为THS4501CD的高速全差分运算放大器，工作电压为+/-15V，正弦波的稳压采用型号为1N4148的二极

4、管，方波的稳幅采用型号为ZPD5.1的稳压二极管。其他可变与定值电阻、电容详见元器件清单表。 正弦波RC桥式正弦波振荡电路（如图（2）所示）图（2）RC桥式正弦波振荡电路参数设定1RC串并联网络为选频网络和正反馈网络， 由图（2）中RC的值，来确定此选频网络的频率 在正弦波调频的过程中，只需要改变电阻R与电容C的大小，就可以改变正弦波的频率，实现频率从100HZ20KHZ范围内连续可调，在整体电路设计中均采取可变器件实现了这一要求。2确定R3和Rf(在图（2）中Rf=R2+R4+Rrd/R1的值)由振荡的振幅条件可知，要使电路起振，Rf应略大于2R3，通常取Rf=2.1R3。以保证电路能起振和

5、减小波形失真。 取标称值: R3=1.1k W，所以:Rf=2.1R3=2.31kW. 为了达到最好效果, Rf与R3的值还需通过实验调整后确定。 3确定稳幅电路及其元件值 稳幅电路由R1和两个接法相反的二极管D1、D2并联而成，如图(2)所示。 稳幅二极管D1、D2应选用温度稳定性较高的硅管。当通过电流不同时，二极管的动态电阻不同，引入非线性环节，从而稳定输出电压。而且二极管D1、D2的特性必须一致，以保证输出波形的正负半周对称。 通过微调R4的阻值，实现电压的微调，使幅值稳定在6V。 4R1的确定 由于二极管的非线性会引起波形失真，因此，为了减小非线性失真，可在二极管的两端并上一个阻值与r

6、d（rd为二极管导通时的动态电阻）相近的电阻R1，（R1一般取几千欧，在本例中取R1=1kW。）然后再经过实验调整，以达到最好效果。 正弦波转化为方波滞回比较器（如图（3）所示）图（3）滞回比较器图（3）为滞回比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，输出电压要求为6V，通过改变稳压二极管的稳定电压。R7起限流作用，本设计采取10K，R9和R10构成正反馈，运算放大器当upun时工作在正饱和区，而当unup时工作在负饱和区。从电路结构可知，当输入电压ui小于某一负值电压时，输出电压uo= -UZ；当输入电压ui大于某一电压时，uo= +UZ。又由于“虚断”、“虚短”up=un=0，由此可确定出翻转

7、时的输入电压。up用ui和uo表示，有得此时的输入电压Uth称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图（4）所示。设输入电压初始值小于-Uth，此时uo= -UZ ；增大ui，当ui=Uth时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小ui ，当ui= -Uth时，运放则开始进入负饱和区。图（4）滞回电压比较器的直流传递特性 方波转化为三角波积分电路（如图（5）所示）图（5）积分电路图中，先接入一个电压跟随器，提高其带负载能力，后连接积分电路，同相输入端接地，连入一10k的电阻，平衡电路。电阻R11和R14为改变三角波的幅值，其阻值根据仿真结果具体调整。R12为限

8、流电阻由于输入端不取电流，同相端电位为零，反相端虚地，流过电容的电流与流过电阻的电流相等经计算可知当输入方波时输出为三角波。三角波的幅值： 考虑到要求输出波形的频率要求，因此通过开关选择不同的电容值，C5为低频，C6为高频。（4）电路图与器材清单表整体设计电路图（如图（6）所示）图（6）信号发生器电路图器材清单表器件名称型号（参数）数量（个）运算放大器THS4501CD4二极管IN41482稳压二极管ZPD5.62开关Key=Space1可变电容100nF2电容1nF、13nF、1.1F2/1/1电位器12k、2.5k、50k2/1/1/1电位器1001电阻10k4电阻1k、1.1k、1.8k

9、1/1/1电阻6k、5k、100k2/1/1（5）电路仿真输出波形频率：正弦波：正弦波的频率在100HZ20KHZ范围内连续可调；正弦波的输出信号幅值为6V。正弦波失真度g 5%方波：方波的频率在100HZ20KHZ范围内连续可调；方波的输出信号幅值为6V。三角波：三角波的频率在100HZ20KHZ范围内连续可调；三角波输出信号幅值为02V连续可调。整体仿真波形：5设计总结（1）在本次设计中，整体的分工情况如下：孙强、张晨：整体方案的设计张晨：负责资料的收集与整理以及报告分析、总结等撰写孙强：负责仿真及报告中电路设计部分的撰写在整个设计过程中，遇到问题共同分析解决，理论结合实际，最后完成的本次

10、设计任务。在分析，查阅相关资料后，形成了一下几种设计方案：方案一：首先产生方波和三角波，然后运用差分放大电路将三角波产生正弦波；方案二：运用集成芯片ICL8038结合外部电路产生正弦波、方波和三角波；方案三：运用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，再通过滞回比较器将正弦波转化为方波，最后经过积分电路后将其变为三角波。对于方案一，考虑到对于差分放大电路的电路图比较复杂，并且一旦三角波失真度高，会导致正弦波失真，无法满足题目要求。对于方案二，虽然其失真度易于实现，可在调节频率时没有满足要求，其基本电路图如图（7）所示，因此本设计采用方案三，唯一的不足在于三角波波形不稳定。图（7）ICL8038及其外

11、围电路（2）运用multisim仿真软件，从电路图的设计、实现、仿真到实验报告，我们都有自己的努力，在这短短的几天内，从课本理论知识到实际的理解，从题目中的简单计算到设计运用中的精心推敲，我们把模电知识的学习上升了一个层次，真正赋予了这门课程实际意义与价值。我们充分认识到理论结合实际的重要性，在设计过程中，我们依然会遇到一些难题，这暴露了我们理论知识掌握不够全面的弱点。于是，遇到难题的时候，我们及时回归理论，向书本和网络求教，这种互为补充的过程帮助我们发现不足，完善自己的只是构架，体现了理论与实践并行的意义。希望这次设计实践是一次全新的开始，我们可以在此基础上提高创新意识，发散创新思维，在专业

12、方面做得更好！（3）进度与时间:2014 年12月25日2014年12 月31日（4）本次设计中存在一点不足：产生三角波的波形不稳定。由于积分电路中电容的选取问题，导致三角波波形不稳定，本设计有待完善，。6主要参考文献1 康华光.电子技术基础模拟部分.北京:高等教育出版社,2013.124设计及仿真报告设计名称： 设计正弦波-方波-三角波产生电路 一、 课程设计的目的模拟电子技术课程设计是学习理论课程之后的实践教学环节。目的是通过解决实际问题来巩固和加深在模拟电子技术课程中所学的理论知识和实验技能。设计训练学生综合运用学过的电子技术基础知识，并去完成查找资料，选择、论证方案，设计电路，安装调试

13、，分析结果，撰写报告等工作。使学生初步掌握模拟电子电路设计的一般方法步骤，通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力，为后续课程的学习、毕业设计和毕业后的工作打下一定的基础。本实验用Multisim软件完成正弦波-方波-三角波产生电路的设计。二、 设计所用仪器设备（包括仿真用的设备）器材清单表：器件名称型号（参数）数量（个）运算放大器THS4501CD4二极管IN41482稳压二极管ZPD5.62开关Key=Space1可变电容100nF2电容1nF、13nF、1.1F2/1/1电位器12k、2.5k、50k2/1/1电位器1001电阻10k4电阻1k、1.1k、1.8k1/1/1电阻6k、5k、100k2/1/1四综示波器1失真分析仪1万用表3频率计3三、 设计所用电路四、 设计仿真结果整体仿真波形：五、 讨论1、 设计中发生的问题A 在确定设计方案时，需要考虑周全，一旦确定方案就不要更改，对于方案中遇到的问题要仔细考虑，寻求方法解决，切不可遇到问题就更改方案，从而未能完成设计要求，并且造成时间上的浪费。B 在调节正弦波波形时，需要仔细调节阻值，一方面需要使其产生自激振荡，又不能使其失真太过严重，因此调节阻值需要慢慢调节。C 在之前调整波形的失真度时，用失真分析仪测得的失真度特别大，后来才知道是因为使用方法不当造成的，