多种波形发生器

1、辽 宁 工 业 大 学 模拟电子技术基础 课程设计（论文）题目：多种波形发生器院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系） 教研室：学 号学生姓名专业班级课程设计题目多种波形发生器课程设计（论文）任务设计任务：1. 波形的产生及变换电路是应用极为广泛的电子电路，现设计并制作能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。2. 设计电路所需的直流稳压电源。功能要求：1. 输出的各种波形工作频率范围0.02Hz1kHz连续可调。2. 正弦波幅值±10V，失真度小于1.5。3. 方波幅值±10V。4. 三

2、角波峰峰值20V；各种输出波形幅值均连续可调。设计要求：1. 分析设计要求，明确性能指标。构思出各种总体方案，绘制结构框图。2.确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、并考虑器件的来源，敲定可行方案。3.设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要随着不断进步的计算机技术和微电子技术

3、在测量仪器中的应用而形成和发展起来的一类新型信号源，对于电子学领域的产品，诸如电话、电视、收音机都需要波形发生器，多种波形发生器可以说是电子领域最为实际，最为基础，最为广泛的器材。这次设计的发生器主要需要产生正弦波、方波、三角波。本设计的设计方案是把滞回比较器和积分器首尾相接组成一个正反馈闭环系统，则比较器输出的方波经过积分器可得到三角波。三角波， 正弦波电路的转换可以通过RC电路实现关键词：信号源；比较器；积分器；RC电路目 录第1章 多种波形发生器设计方案论证11.1 多种波形发生器的设计意义11.2 多种波形发生器的设计要求及技术指标11.3 总体设计方案21.4 总体设计方案的框图2第

4、2章 多种波形发生器各单元电路设计32.1 方波三角波产生电路32.2 正弦波产生电路42.3 直流稳压电源设计5第3章 多种波形发生器整体电路设计63.1 整体电路图及工作原理63.2 电路参数计算73.3 多种波形发生器电路仿真8第4章 课程设计总结10参考文献11附录12 第1章 多种波形发生器设计方案论证1.1多种波形发生器的设计意义波形发生器广泛用于各大院校和科研场所。随着科技的进步和社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的需求，波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，具有高精度、可重复性、易操作性、连续的相位变换和频率稳定性，还可以对频率、幅值、相移、波形进行动态及

5、时的控制。利用脉冲数字电路原理设计了多种波形发生器，该发生器通过正弦振荡器，比较器，组成RC积分电路来分别实现方波、三角波和正弦波的输出。它的制作成本不高，电路简单，使用方便，有效的节省了人力，物力资源，具有实际的应用价值。1.2 多种波形发生器的设计要求及技术指标设计要求：设计并制作能产生方波、三角波、正弦波等多种波形信号输出的波形发生器设计电路所需要的直流稳压电源。技术指标：输出的各种波形工作频率范围0.02Hz -1KHz连续可调。正弦波幅值±10V，失真度小于1.5%。方波幅值±10V。三角波峰峰值20V，各种输出波形幅值均为连续可调。 1.3总体设计方案方案一 可

6、以用正弦振荡器产生正弦波输出，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再用积分电路将方波变换成三角波输出。方案一结构简单，具有较好的正弦波和方波信号，要通过积分器电路产生同步的三角波，存在一定的困难，积分电路的积分常数通常是不变的，而随着方波信号频率的改版，积分电路输出的三角波幅度将同时改变。若想使三角波幅度不变，须同时改变积分时间常数的大小。 图1.1方案1设计框图方案二 可以先用比较器产生方波输出，方波经积分电路可得到三角波输出，利用RC回路将三角波变换成正弦波输出。该电路方波 三角波产生电路视为一体，因为比较器A1与积分器A2组成正反馈闭电路。集成运放构成电压比较器，输出方波信号，运放构成积

7、分器，将方波变换成三角波输出。三角波 正弦波电路的转换可以通过RC回路来实现，而且实际效果要优于理论。 图1.2方案2设计框图因此考虑到题目要求与整体的设计思路选择了方案2.总体设计方案框图 图1.3总体设计方案框图 第2章 多种波形发生器各单元电路设计21方波三角波产生电路如图2.1所示，电路能自动产生方波三角波。电路工作原理如下：若a 点断开，整个电路成开环态。运算放大器A1 与R1，R2 及R3，Rp1 组成电压比较器，R1 称为平衡电阻，C1 称为加速电容，可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压，即V-=0，同相端接输入电压Via。比较器的输出Vo1 的高电平近似等于平电源电压+V

8、cc，低电平近似等于负电源电压-Vee，当比较器的V+=V-=0 时，比较器翻转，输出Uo1 从高电平+Vcc跳到低电平-Vee，或从低电平-Vee 跳到高电平+Vcc。 图2.1方波三角波产生电路2. 2正弦波产生电路三角波-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。其中Rp1 调节三角波的幅度，Rp2 调整电路的对称性，其并联电阻RE2 用来减小差分放大器的线性区。电容C1、C2、C3 为隔直电容

9、，C4 为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。图2.2正弦波产生电路2. 3直流稳压电源设计直流稳压电源是提供直流电压的电源设备，由电源变压器，整流，滤波，和稳压电路四部分组成，图示为由分立元件组成的串联型稳压电源的电路图，其整流部分为单相桥式整流电路，滤波部分为电容滤波电路，稳压部分为串联稳压电路. 对输入电压的要求，输入电压的选取原则是，在最坏的条件下仍能保证调整管处于放大状态，不能饱和. 对调整管的要求，晶体管的额定电流Icm应大于输出电流.晶体管的耐压应高于输入电压，晶体管的最大允许耗散功率应大于调整管集电极最大功率。1）电源变压器将电网交流电压变为整流电路所需的交流电压，一般次级

10、电压u2 较小。2）整流电路将变压器次级交流电压u2 变成单向的直流电压u3，它包含直流成份和许多谐波分量。3）滤波电路 滤除脉动电压u3 中的谐波分量，输出比较平滑的直流电压u4。该电压往往随电网电压和负载电流的变化而变化。4）稳压电路 它能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流电压的稳定。它是直流稳压电源的重要组成部分，决定着直流电源的重要性能指标。直流稳压电源如下图所示，则电路中T1、R1、Dz1 为稳压电源的启动电路，当输入电压为一定时，且高于Dz2 的稳定电压Vz2 时，稳压管两端电压Vz2 使T1 导通，整个电路进入正常工作状态。输出电压的最大电压和最小电压分别为因此，输出电压

11、的调节范围为9 至18V，符合本实验要求。图2.3直流稳压电源设计电路图第3章 多种波形发生器整体电路设计3.1整体电路图及工作原理工作原理：串联型稳压电源为运算放大器提供10v 稳定电压。运算放大器A1 与R1、R2 及R3、Rp1 组成电压比较器，比较器翻转，输出Uo1 从高电平+Ucc 跳到低电平-Ucc，或从低电平-Ucc 跳到高电平+Ucc，产生方波。运放A2 与R4、Rp2、C 及R5 组成反相积分器，其输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo2=-1/（R4+Rp2）C2Uo1dt，由分析可得：积分器的输入为方波时，输出的是一个上升速率与下降速率相等的三角波。由于电子器件非理想性

12、，使各段折线交界处产生了钝化效果，实际效果优于理论分析。图3.1多种波形发生器整体电路图3.2 电路参数计算方波三角波转换电路的参数选择：1.比较器A1 与积分器A2 的元件参数计算： 取R2=10k 欧，则R3+Rp1=10k 欧，取R3=5k 欧，Rp1 为5k 欧的电位器。取平衡电阻R1=R2（R3+Rp1）5k 欧。由此方波和三角波的幅值均为±10V。2.由输出频率表达式得： 本实验选有4 个频率波段：0.021Hz，1Hz10Hz，10Hz100Hz，100Hz1KHz各波段所选电容不同。（1）当0.02Hzf1Hz 时，取C1=100uF，R4+Rp2=125k 欧2.5

13、k 欧，取R4=2.5k 欧取Rp2=150k 欧的电位器（2）当1Hzf10Hz 时，取C1=10uF，R4+Rp2=125k 欧2.5k 欧，取R4=2.5k 欧取Rp2=150k 欧的电位器 (3）当10Hzf100Hz 时，取C2=1uF，R4+Rp2=125k 欧2.5k 欧，取R4=2.5k 欧取Rp2=150k 欧的电位器（4）当100Hzf1kHz 时，取C2=0.1uF，R4+Rp2=125k 欧2.5k 欧，取R4=2.5k 欧取Rp2=150k 欧的电位器,以此实现频率波段的转换，R4 及Rp2 的取值不变。取平衡电阻R5=10k 欧。3.3 电路的仿真结果 图3.2方波

14、三角波输出波形由上图可看出比较器和积分器产生的方波与正弦波周期T基本符合设计的要求 图3.3正弦波输出波形输出的正弦波基本符合设计要求。第4章课程设计总结本设计要求能够产生多种波形是通过先产生方波、三角波，然后三角波转变为正弦波实现的。将滞回比较器与积分器首尾相连组成闭关系统，从而产生方波和三角波，在三角波与正弦波转换的电路方面，主要采用折线法。在直流稳压电源这部分，本设计采用了串联型直流稳压电源，整个电路包括变压器将220v 电压降到我们试验所需的电压，然后经过整流电路，整流电路通常用单相桥式整流电路、滤波电路常采用无源元件R、L、C 构成的不同类型滤波电路。由于本电路为小功率可用电容输入式滤波电路。稳压电路采用串联型稳压电路，比较放大单元采用分立三极管组成的差动放大器或者集成运算放大器，可提高电路的稳定性。经过仿真大部分结果与预期假设相吻合。 参考文献1 康华光编著 电子技术技术模拟部分 高等教育出版社2006.8 2 鲁宝春 主编电子技术基础实验东北大学出版社，2011.8 3 模拟电子技术基础（第三版）高教出版社， 20014 张庆双编，实用电子电路200 例，机械工业出版社，2004.6 。5 谢自美主编，电路设计·实验&