方波、三角波、正弦波信号发生器设计

1、成绩 课程设计报告 题 目 方波、三角波、正弦波信号发生器设计 课 程 名 称 模拟电子技术课程设计 院 部 名 称 机电工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 生 姓 名 学 号 课程设计地点 课程设计学时 1周 指 导 教 师 金陵科技学院教务处制目录1、绪论031.1相关背景知识031.2课程设计条件 031.3课程设计目的 031.4课程设计的任务031.5课程设计的技术指标032、信号发生器的基本原理042.1原理框图042.2总体设计思路043、各组成部分的工作原理053.1 正弦波产生电路053.1.1正弦波产生电路053.1.2正弦波产生电路的工作原理053.2 正弦

2、波到方波转换电路063.2.1正弦波到方波转换电路图073.2.2正弦波到方波转换电路的工作原理073.3 方波到三角波转换电路073.3.1方波到三角波转换电路图073.3.2方波到三角波转换电路的工作原理084、电路仿真结果094.1正弦波产生电路的仿真结果094.2 正弦波到方波转换电路的仿真结果094.3方波到三角波转换电路的仿真结果104.4整体仿真结果115、 结果与分析116、 参考文献 12 一 绪论1.1相关背景知识 信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。 按信号波形可分为正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。信号发生器又 称信号源或振荡器，

3、在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均 可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波(含方波）正弦波的电路被称为函数信号发生器。在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等 技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。 随着集成电路的迅速发展， 用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。 用集成电路实现的信号波形发 生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标， 都有了很大的提高。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应 用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种

4、波形，如三角 波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信 号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电 视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、 生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振 成像等，都需要功或大或小、频率或高或低的振荡器。1.2课程设计条件 设计条件为实现正弦波-方波-锯齿波之间的转换。正弦波可以通过RC振荡电路产生。正弦波通过滞回比较器可以转换成方波，方波通过一个积分电路可以转换成三角波，三角波的占空比

5、只要求可调即可。 1.3课程设计目的（1）掌握电子系统的一般设计方法（2）培养综合应用所学知识来指导实践的能力（3）掌握常用元器件的识别和测试（4）熟悉常用仪器，了解电路调试的基本方法（5）巩固和加强电子技术理论学习（6）掌握模拟器件的应用1.4课程设计的任务（1） 设计一个能产生正弦波的电路（2） 设计一个正弦波到方波转换电路（3） 设计一个方波到三角波转换电路1.5课程设计的技术指标（1）设计、组装、调试函数发生器（2）输出的波形：正弦波、方波、三角波（3）频率范围：10Hz10000Hz范围内可调；（4）输出电压二 信号发生器的基本原理2.1原理框图 该波形发生器可分为三部分：正弦波发生

6、器、正弦波-方波转换器、方波-三角波转换器。 正弦波发生器可使用文氏桥式振荡器（RC串-并联正弦波振荡器）产生正弦波输出。 正弦波-方波转换器可用集成运放构成电压比较器，将正弦波信号变换成方波信号输出。 方波-三角波转换器可用运放构成积分电路，将方波信号变换成三角波或锯齿波信号输出。正弦波发生电路方波形成电路三角波形成电路2.2总体设计思路运用LC振荡电路产生正弦波，然后用过零比较器得到方波，再通过积分电路得到三角波。 三 各组成部分的工作原理3.1 正弦波产生电路3.1.1正弦波产生电路3.1.2正弦波产生电路的工作原理（1）RC 串并联选频网络取R1 = R2 = R ，C1 = C2 =

7、 C ，令则：得 RC 串并联电路的幅频特性为：相频特性为： 最大，jF = 0。 （2）振荡频率与起振条件1）振荡频率2）起振条件当f = f0 时， 由振荡条件知：所以起振条件为：同相比例运放的电压放大倍数为：即要求：3）稳幅环节：反馈电阻的热敏RF采用负温度系数电阻，R1采用正温系数的热敏电阻，均可实现自动稳幅。或者在RF回路中串联二个并联的二极管也可以自动稳幅。 4）振荡电路开始起振的条件是AF1。否则不能振荡，开始振荡后，振荡波形由小变大，如果不加限制最终会使得放大电路中的晶体管进入非线性区（饱和，截止），在非线性区里，输出波形会变差，也就是失真。因此必须有稳幅电路，让振荡电路从AF

8、1过度到AF=1.使输出幅度稳定同时也保证管子始终工作于线性放大区，也即是消除了失真。稳幅的基本原理就是把信号放大要足够大，再通过限幅方式保证输出幅度一致，如果限幅后的信号不满足要求则再通过信号调理电路来输出满足要求的等幅信号。用双向稳压二极管稳幅是最简单的方式。正弦波产生原因:整个电路的电阻R=0（包括线圈、导线），从能量角度看没有其它形式的能向内能转化，即热损耗为零。电感线圈L集中了全部电路的电感，电容器C集中了全部电路的电容，无潜布电容存在。LC电路内部只发生线圈磁场能与电容器电场能之间的相互转化，即便是电容器内产生的变化电场，线圈内产生的变化磁场也没有按麦克斯韦的电磁场理论激发相应的磁

9、场和电场，向周围空间辐射电磁波。能产生大小和方向都随周期发生变化的电流叫振荡电流。能产生振荡电流的电路叫振荡电路。其中最简单的振荡电路叫LC回路。振荡电流是一种交变电流,是一种频率很高的交变电流，它无法用线圈在磁场中转动产生，只能是由振荡电路产生。充电完毕（放电开始）：电场能达到最大，磁场能为零，回路中感应电流i=0。放电完毕（充电开始）：电场能为零，磁场能达到最大，回路中感应电流达到最大。充电过程：电场能在增加，磁场能在减小，回路中电流在减小，电容器上电量在增加。从能量看：磁场能在向电场能转化。放电过程：电场能在减少，磁场能在增加，回路中电流在增加，电容器上的电量在减少。从能量看：电场能在向

10、磁场能转化。在振荡电路中产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的电流，以及跟电流和电荷相联系的磁场和电场都发生周期性变化，这种现象叫电磁振荡。3.2 正弦波到方波转换电路3.2.1正弦波到方波转换电路图3.2.2正弦波到方波转换电路的工作原理正弦波到方波的转换采用的是过零比较器，方波电路是一种能够产生方波或矩形波的非正弦信号发生器。由于方波或矩形波包含极丰富的谐波，因此，这种电路又称为多谐振荡电路。电路组成如图所示。方波产生电路采用单门限电压比较器来控制，如图，运算放大器的反相端接地，即参考电压VREF=0。当同相端输入电压vi大于参考电压，即vi为正电压时，差模输入电压vID=v

11、I-VREF0。运放处于正饱和状态，又运放输出端接稳压管，所以输出电压v0=+Vz。当同相端输入电压vi小于参考电压，即vi为负电压时，差模输入电压vID=vI-VREF时，v0增大，直到-0=Vom，即运放的输出电压的最大值受直流电源电压的限制，致使运放进入饱和状态，v0保持不变，而停止积分。四 电路仿真结果4.1正弦波产生电路的仿真结果4.2 正弦波到方波转换电路的仿真结果4.3方波到三角波转换电路的仿真结果4.4整体仿真结果五 设计结果与分析 为期两周的电子技术课程设计已接近尾声。在这两周中，从查找资料到完成设计报告的撰写，不仅让我对这个课题有了更深刻的认识，同时还让我对电子技术知识有了

12、更进一步的理解；不仅更深入的了解电子技术领域的一些前沿的动态，同时对电子技术领域之外的内容有了一定的认识，这让我获益良多。 这一次的课程设计采用了电路模块化的理念，将本来比较复杂的电路分解为三个比较简单的单元电路，然后设计单元电路，单元电路设计起来比较简单。最后，将各个单元电路连接起来，就完成了课程设计的电路。通过本次的课程设计的联系，我发现了自己的很多不足，动手能力太差，以后应多多练习自己的动手能力，要做到学以致用。 在实验过程中，我们遇到了很多问题，比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啊。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点，实在令我感动。 通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力，同时也是我们懂得小心谨慎的重要性。即使是一根线的接错也会搞得你焦头难额，心情沮丧。但是，我们一定不能气馁，一定要振作，调整好心态。要对自己有信心，只有这样才有可能找出错误，达到成功的彼岸。通过这种综合训练，我们可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和