方波和三角波发生器电路

1、模电课程设计课程设计题目：方波-三角波发生器设计学 校：学 院：班 级：姓 名: 学 号：指导教师: 2014年6月17日一、 课题引言随着社会的发展与科技的进步，各式各样的电子产品走向市场，人们对电子产品的需求量也越来越大，对产品的性能要求也越高。作为一名电子类大学生，在学习理论知识的同时也应增强动手能力，电子课程设计为大学生提供了一个大的平台，将理论知识与实践相结合。信号发生器是一种常用的信号源，广泛地用于电子电路、自动控制系统和数学实验等领域，本次实验是制作一个方波-三角波函数信号发生器，通过各个途径查找资料，从而设计出理想的电路图并仿真，方案通过后开始制作电路板，需要进行排版、焊接、布

2、线等操作，电路板制作完成后进行调试，通过调试可检查电路板是否合格，其中方案设计及电路分析思路值得学生学习和研究，从而将方案更好地应用到课程设计中。二：设计目的及设计任务1. 设计目的（1）巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。（2）培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力，通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。（3）通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。（4）了解与课题有关的电子电路及元器件的工程技术规范，能按设任务计书的要求，完成设计任务，编写设计说明

3、，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图。（5）培养严肃、认真的工作作风和科学态度。2. 设计任务(1)掌握由集成运放构成方波发生器、三角波发生器电路的设计方法。(2)掌握信号振荡频率和输出幅度的测量方法。(3)用集成运放设计一个方波三角波发生器，满足以下技术指标：振荡频率范围为20 Hz2 kHz。三角波振幅调节范围为24 V。三：函数发生器的总方案和原理框图 本课题中函数发生器电路原理组成框图如下所示： 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Uo1经积分电路得到三角波Uo2。 图3.1 原理框图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

4、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组成的方波三角波函数发生器的实际方法。 本课题采用先产生方波，再将方波变换成三角波的电路设计方法。四：各部分电路设计1. 直流稳压电源设计因为设计所用741芯片的需要，所以设计了一个+12V直流稳压电源产生的电路。电路图如下：图4.1.1直流稳压电源电路直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置

5、，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，其中：（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的交流电滤波电路整流电路稳压电路直流电压，常用的整流滤波电路有全波整流、桥式整流，此处用的是桥式整流电路。（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2所示。在

6、u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。输出电压平均值UO(AV)和输出电流的平均值IO(AV):经计算，整流用的二极管可用1N4007， 电解电容用3300uf， C2和C3可用0.47uf ，C4/C5、C7C8可用1uf ，发光二极管上的R用1K。 若输出电压较高，接一保护二极管D，以保护集成稳压器内部的调整管。LM7812和LM7912的输出电压分别输出正负12伏。C2、C3是用于抵消输入线较时的电感效应，防止 电路产生自激震荡，其容量较小一般小于一微法。图中电容C4和

7、C5是用于消除电压中高频噪声，可取小于1微法，也可取几微法或几十微法的电容，一边输出较大的脉冲电流。2.方波三角波发生电路设计方波三角波发生器设计原理图如下： 图4.2.1方波 三角波发生电路图4.2.2方波与三角波波形由集成运算放大器构成的方波和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。如图4.2.1所示为由迟滞比较器和集成运放组成的积分电路所构成的方波和三角波发生器。方波和三角波发生器的工作原理：A1构成迟滞比较器，同相端电位Vp由VO1和VO2决定。利用叠加定理可得：当Vp0时A1输出为正，即VO1=+Vz；当Vp0时，A1输出为负即VO1=-VzA2构成反相积分器VO1为负时

8、，VO2向正向变化，VO1为正时，VO2向负向变化。假设电源接通时VO1=-Vz，线性增加。当VO2上升到使Vp略高于0v时，A1的输出翻转到VO1 = +Vz 。 ，Vo2下降到使Vp略低于0时，Vo1=-Vz。这样不断的重复，就可以得到方波Vo1和三角波Vo2。其输出波形如图4.2.3所示。输出方波的幅值由稳压管DZ决定，被限制在稳压值+VZ之间。电路的震荡频率：方波幅值：Vo1=+Vz三角波幅值：调节Rp可改变震荡频率，但三角波的幅值也将随之变化。 图4.2.3方波与三角波波形方波三角波设计电路图如下：电路由反相输入的过零比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过

9、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R3对电容C正向充电，如图中实线箭头所示。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Un0,Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过R3对电容C反向充电，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；但是，一旦Un0,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。UT=R2(R6+RW)U02m T=2R6(R6+

10、RW)C1R7 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，R6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从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。由以上公式可得比较器的电压传输特性.当输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo3为Uo=+Uz,D5导通,D6截止，Uo3=-1/(R6C)Uz(t1-t0)+Uo(t0)Uo=-Uz,D6导通,D5截止,Uo3=1/(R6+Rw)Uz(t2-t1)+Uo(t1)可见积分器的

11、输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度不相等的占空比可调的锯齿波.3.汇总电路汇总电路如下：图4.3.1 方波三角波汇总电路五：电路仿真与调试调试时，应先使电位器R7=10K,R9取（2.5-70）K内的任一值,否则电路可能会不起振。只要电路接线正确，上电后，UO1的输出为方波，UO2的输出为三角波，微调R9,使三角波的输出幅度满足设计指标要求有，调节R7，则输出频率在对应波段内连续可变。图5.1.1总电路测试图图5.1.2三角波测试图 图5.1.3方波测试图六：实验总结1. 通过本次课程设计，我又重新学习了一遍模拟电子技术课程内容，之前学习课本中的理论知识，现在开始动手实践，真正对课程有进一步的理解。2. 软件仿真过程中遇到一些问题，比如在接电源电路时总是出错，无法运行，后来就加了一个开关就能正常工作了，经过和同学讨论，认为这可能是在电源电路产生直流电时的电压上升阶段不能给运放提供正常的电压造成的。七：仪器仪表明细清单电阻 1k 2个电阻 10k 3个电阻 20k 1个电阻 5.1k 1个 12k 1个电解电容 3.3mF 2