正弦波三角波方波发生器设计

1、正弦波三角波方波发生器设计(1) 正 弦 波 方 波 三 角 波 产 生 电 路 09通信（一）班 卢 阳 090164074 李英杰 090110056 姚可可 090110033 目录 1设计的目的及任务 （3） 11 课程设计的目的 （3） 12 课程设计的任务与要求 （3） 13 课程设计的技术指标 （3） 2 总体电路设方案 （4） 2.1 正弦波发生电路的工作原理（4） 2.2 正弦波转换方波电路的工作原理（5） 2.3 方波转换成三角波电路的工作原理（7） 2.4 总电路图（8） 3 单元电路设计（9） 3.1 正弦波发生电路的设计 （9） 3.2 正弦波转换方波电路的设计（11

2、） 3.3 方波转换成三角波电路的设计（13） 4 电路调试或仿真 （14） 41 PROTEL制图 （14） 42 Multisim部分 （15） 5 收获体会（16） 6 参考文献（17） 共 17 页 一 设计的目的及任务 11课程设计的目的： 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 6. 培养团队合作能力 12课程设计任务与要求： 1. 设计一个能产生正弦波、方波、三角波信号发生器， 2能同时输出一定频率一定幅度的3种波形：正弦波、方波和三角波； 3可以用12V

3、或15V直流稳压电源供电； 13 课程设计的技术指标： 1设计、组装、调试函数发生器 2输出波形：正弦波、方波、三角波； 3频率范围 ：在1010000Hz范围内可调 ； 4输出电压：方波U24V，三角波U8V，正弦波U>1V。 共 17 页 二 总体电路设方案 2.1正弦波发生电路的工作原理: 1.产生正弦振荡的条件: 正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，我们一般在放大电路中引入正反馈，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。其中：接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；

4、要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有稳幅特性。因此，正弦波产生电路一般包括：放大电路；反馈网络；选频网络；稳幅电路个部分。 2正弦波振荡电路的组成判断及分类： （1） 放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，电路获得一定 幅值的输出值，实现自由控制。 （2） 选频网络：确定电路的振荡频率，是电路产生单一频率的振荡，即保 证电路产生正弦波振荡。 （3） 正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于其反馈信号。 （4） 稳幅环节：也就是非线性环节，作用是输出信号幅值稳定。 3.判断电路是否振荡。方法是： （1）是否满足相位条件，即电路是否是正反馈，只有满足

5、相位条件才可能产 生振荡 （2）放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工作是否合适； （3） 是否满足幅度条件 4.正弦波振荡电路检验，若： (1) (2) (3) 则不可能振荡； 振荡，但输出波形明显失真； 产生振荡。振荡稳定后。此种情况起振容易，振荡稳定，输出波形的失真小 5.分类： 按选频网络的元件类型，把正先振荡电路分为：RC正弦波振荡电路；LC正弦波振荡电路；石英晶体正弦波振荡电路。 共 17 页 RC正弦波振荡电路 常见的RC正弦波振荡电路是RC串并联式正弦波振荡电路，它又被称为文氏桥正弦波振荡电路。 串并联网络在此作为选频和反馈网络。它的电路图如图 （1）所示： 它的起振条件

6、为： 。它的振荡频率为： 它主要用于低频振荡。要想产生更高频率的正弦信号，一般采用LC正弦波振荡电路。它的振荡频率为： 。石英振荡器的特点是其振荡频率特别稳定，它常用于振荡频率高度稳定的的场合。 图（1） 2.2 正弦波转换方波电路的工作原理: 在单限比较器中，输入电压在阀值电压附近的任何微小变化，都将引起输出电压的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。而滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因此也就具有一定的抗干扰能力。从反向输入端输人的滞回比较器电路如图1a所示，滞回比较器电路中引人了正反馈。从集成运放输出端的限幅电路可以看出，UO

7、UZ。集成运放反相输人端电位UPUI同相输入端电位 共 17 页 令UN=UP求出的uI就是阀值电压，因此得出 输出电压在输人电压u，等于阀值电压时是如何变化的呢？假设uI<-UT，那么UN一定小于up，因而UO+UZ，所以uP=+UYO。只有当输人电压uI增大到+UT，再增大一个无穷小量时，输出电压UO才会从+UT跃变为-UT。同理，假设UI>+UT，那么UN一定大于uP，因而UO-UZ，所以uP-UT。只有当输人电压UI减小到-UT，再减小一个无穷小量时，输出电压UO才会从-UT跃变为+UT。可见，UO从+UT跃变为-UT和从-UT跃变为+UT的阀值电压是不同的，电压传输特性如

8、图b)所不。 从电压传输特性上可以看出，当-UTuI+UT时，UO可能是-UT，也可能是+UT。如果uI是从小于-UT，的值逐渐增大到-UT<uI<+UT，那么UO应为+UT；如果uI从大于+UT的值逐渐减小到-UT<uI<+UT，那么应为-UT。曲线具有方向性，如图b)所示。 共 17 页 实际上，由于集成运放的开环差模增益不是无穷大，只有当它的差模输人电压足够大时，输出电压UO才为UZ。UO在从+UT变为-UT或从-UT变为+UT的过程中，随着uI的变化，将经过线性区，并需要一定的时间。滞回比较器中引人了正反馈，加快了UO的转换速度。例如，当UO+UZ、 uP=+U

9、T时，只要uI略大于+UT足以引起UO的下降，即会产生如下的正反馈过程：UO的下降导致uP下降，而UP的下降又使得UO进一步下降，反馈的结果使UO迅速变为UT，从而获得较为理想的电压传输特性。 本电路中该电路的作用是将正弦信号转变成方波信号，其传输特性曲线如下图所示： 正弦波传输特性 2.3 方波转换成三角波电路的工作原理： 共 17 页 当输入信号为方波时，其输出信号为三角波，电路波形图如下： 2.4总电路图 共 17 页 三 单元电路设计 3.1 正弦波发生电路的设计 本电路中采用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，其电路图如下所示 RC桥式正弦振荡电路 该电路Rf回路串联两个并联的二极管，

10、如上图所示串联了两个并联的1BH62，这样利用电流增大时二极管动态电阻减小、电流减小时动态电阻增大的特点，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。 共 17 页 用Multisim10.0对电路进行仿真得到下图 仿真波形 共 17 页 3.2 正弦波转换方波电路的设计 本电路中采用滞回电压比较器将正弦波转成方波，其电路原理如下图所示 滞回电压比较器电路原理图 滞回电压比较器原理前面有描述，不再重复。 本电路中用到的稳压管为1N5759A，其稳压电压为1.7V 电路中阈值电压为： UT1= R2R1?R2 R2 R1?R2 R1UREF-R1R1?R2R1R1?R2UZ UREF+UZ UT2= 本

11、电路中UREF=0，所以 UT1=- R1?R2 R1UZ UT2=R1?R2UZ 共 17 页 用Multisim10.0对其进行仿真得到如下波形图 波形仿真 共 17 页 3.3 方波转换成三角波电路的设计 本电路中方波转成三角波采用积分电路，其电路原理如下图所示 积分电路图 电路仿真如下图所示 共 17 页 四 电路调试或仿真 4.1 PROTEL绘制原理图 PCB封装图 共 17 页 42 Multisim电路仿真 总电路图如下所示 该电路分为三部分，第一部分为RC桥式正弦振荡电路，其功能是利用RC振荡产生特定频率的正弦波；第二部分为电压比较器电路，其功能为将正弦波转成方波；第三部分为

12、积分电路，其功能为利用积分电路将方波转成三角波； 在正弦波产生电路中f=1/(2RC),改变RC的值可以改变电路的信号频率，在电压比较器中，改变参考电压UREF的值可以改变方波的比例。 共 17 页 电路总体仿真图如下所示 五 收获体会 本次实践是我们三个人第一次合作，亲身体会自己动手查资料、设计电路、仿真等过程，每个人都感觉收获很大。在实践过程中，有几次都没有成功，在我们的不断努力、不断探索、不断查资料之下，终于将电路设计成功，在成功之时心情真的是不一样！ 本次试验设计由李英杰同学负责Multisim仿真，卢阳同学负责protel制图，姚可可同学负责收集资料，整理设计方案，实践总结。 本次设计中采用电路模块化理念，将本来非常复杂的电路分解成一个个简单的单元电路，然后设计单元电路，单元电路设计起来就简 共 17 页 单多了。最后将每个单元电路连接起来便成了一个复杂的，具有特定功能的电路。这种设计电路的思想在设计大型电路时尤为突出，每个人只需要负责自己的一块电路，然后汇总就可以了！ 本次设计中遇到了不少困难，但在老师同学的帮助下、在我们自己的努力下