方波三角波正弦波锯齿波发生器.doc

XXXXXXX大学
课程设计报告

课程名称： 电子技术基础

设计题目：方波 三角波 正弦波 锯齿波函数发生器
系 别：
专 业：
班 级：
学生姓名: 　　　　　　　　　　　　　 　
学 号: 　　　　　　　　　　　
同组同学: 　　　　　　　　　　　　　 　
学 号: 　　　　　　　　　　
指导教师: 　　　　　　 　　　　 　

XXXX大学XXXX学院
XXXX年 月 日

13

摘 要

波形函数信号发生器广泛地应用于各场所。函数信号发生器应用范围：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。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域，而我设计的正是多种波形发生器。设计了多种波形发生器，该发生器通过将滞回电压比较器的输出信号通过RC电路反馈到输入端，即可组成矩形波信号发生器。然后经过积分电路产生三角波，三角波通过低通滤波电路来实现正弦波的输出。其优点是制作成本低，电路简单，使用方便，频率和幅值可调，具有实际的应用价值。
函数（波形）信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫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
而因此电子专业的学生，对函数信号发生器的设计，仿真，制作已成为最基本的一种技能，也是一个很好的锻炼机会，是一种综合能力的锻炼，它涉及基本的电路原理知识，仿真软件的使用，以及电路的搭建，既考验基础知识的掌握，又锻练动手能力。
关键词：振荡电路；电压比较器；积分电路；低通滤波电路

目 录

·
设计要求 1
1．前言 1
2方波、三角波、正弦波发生器方案 2
2.1原理框图 2
3．各组成部分的工作原理 3
3.1 方波发生电路的工作原理 3
3.2 方波三角波转换电路的工作原理 4
3.3三角波--正弦波转换电路的工作原理 5
3.4 方波—锯齿波转换电路的工作原理 6
3.5总电路图 7
4.用Multisim10电路仿真 8
4.1输出方波电路的仿真 8
4.2三角波电路的仿真 9
4.3正弦波电路的仿真 10
4.4锯齿波电路的仿真 11
5实验总结 11
6．仪器仪表清单 13
7．参考文献 13
8.致谢 13

方波—三角波—正弦波函数信号发生器
设计要求
1．设计、组装、调试方波、三角波、正弦波发生器。
2．输出波形：方波、三角波、正弦波；锯齿波
3．频率范围 ：在0.02－20KHz范围内且连续可调 ；

1．前言
在人们认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的电子信号进行测量，因而如何根据被测量电子信号的不同特征和测量要求，灵活、快速的选用不同特征的信号源成了现代测量技术值得深入研究的课题。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和实验测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。
　　波形发生器就是信号源的一种，能够给被测电路提供所需要的波形。传统的波形发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，不能根据实际需要灵活扩展。随着微电子技术的发展，运用单片机技术，通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波、方波、三角波、锯齿等幅值可调的信号。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小，输出稳定，可靠性高，特别是操作简单方便。

2方波、三角波、正弦波发生器方案
2.1原理框图
电压比较器RC充放电反馈回路
方波
占空比可调
积分电路
锯齿波
积分电路
三角波
低频滤波
正弦波
比例放大电路，得到需要幅值；峰峰值的信号波
矩形波

图1 方波、三角波、正弦波、锯齿波信号发生器的原理框图
该发生器通过将滞回电压比较器的输出信号通过RC电路反馈到输入端，即可组成矩形波信号发生器。然后经过积分电路产生三角波，通过改变方波的占空比不仅可以得到锯齿波，还可得到额外的矩形波。三角波通过低通滤波电路来实现正弦波的输出。然后将各种信号通过比例放大电路得到需要幅值；峰峰值的信号波
该电路具有结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，对原器件要求不高，且成本低廉、调整方便，
3．各组成部分的工作原理
3.1 方波发生电路的工作原理

图2 方波信号发生原理
充放电波形
此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压+Uz,,此时滞回电压比较器的门限电压为UTH2。输出信号通过R对电容C１正向充电，充电波形如图3箭头所示。当该电压上升到 ＵTH2时，电路的输出电压变为－UZ,门限电压也随之变为UTH1，电容C1经电阻R放电。当该电压下降到ＵTH１时输出电压又回到+Uz，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。
O
UTH1

UTH2

　　　　　图３　方波信号发生波形
3.2 方波--三角波转换电路的工作原理
１.电路的组成

图4 积分电路产生三角波

　　根据RC积分电路输入和输出信号波形的关系可知，当ＲＣ积分电路的输入信号为方波时，输出信号就是三角波，由此可得，利用方波信号发生器和ＲＣ积分电路就可以组成三角波信号发生器。如图４
该电路的工作原理是：方波信号发生器输出的方波输入积分电路，在积分电路的输出端得到三角波信号。积分电路的输出端除了输出三角波信号外，还通过电阻Ｒ１.Ｒp1将三角波信号反馈到滞回电压比较器的输入端，将三角波信号整形变成方波信号输出。该电路工作波形图如图５

　　　　　　图５ 三角波
２.振荡频率
因为，该电路振荡信号的频率与三角波输出信号的幅度有关，所以要确定该电路的振荡频率，必须先确定三角波信号的输出幅度。三角波输出信号的幅度等于滞回电压比较器的阈值电压，根据叠加定理可求出滞回电压比较器的阈值电压为
　　　u+=UOR1/(R1+R2)-UOR2(R1+R2)=u-=0
由此可得输出信号的幅度为：Uom=UTH=R1Uz/R2
设积分电路的输出电压从+Uom到－Uom所需要的时间为t，根据积分电路输出电压和输入电压的关系式可得
2Uom=uo1*t/(C*R4)
即t=2R4*C1*Uom/Uz=2R1*R4*C1/R2
因三角波信号的周期为2t,所以三角波输出信号的频率为
　　　　f=R2/(4R1*R4*C1)
3.3三角波--正弦波转换电路的工作原理

图6 三角波产生正弦波原理图
原理：采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。

图7　正弦波
3.4 方波—锯齿波转换电路的工作原理

　　　　　　图8　锯齿波产生原理图
三角波信号的特征是波形上升和下降的斜率相同，当波形上升和下降的斜率不同时，三角波就转化成锯齿波。根据这个特征，只要将图4的电路中的积分电路改成时间常数随方波输出极性而变化的电路，即可组成锯齿波信号发生器。图７中的二极管D3和D4的作用是改变积分电路的时间常数，当输入为+Uz时，D3导通，D4断开，积分电路的时间常数为R(8到12)C１；当输入为－Uz时，D3断，D4通，积分电路的时间常数为R(6到１２)C１.可得
T=t1+t2=2(R4+R5)R1C1/R2
波形图如图９

　　　图９　锯齿波
3.5总电路图

　　　　　　　　　图９　总电路图
图中S1开关可实现各种波形切换，滑动变阻器Rp2可实现不同频率调节，调节Rp1可实现方波占空比的调节，最主要的是可将三角波转换为锯齿波，调节Rp３可调节输出波形不同的幅值。

4.用Multisim10电路仿真
4.1输出方波电路的仿真
用Multisim10电路仿真软件进行仿真。从Multisim10仿真元件库中调出所需元件，按电路图接好线路，方波输出端接一个虚拟的示波器，接通电源后，将S1开关打到方波信号线档，可得如图10所示的输出方波仿真图。

图10 输出方波电路的仿真

4.2三角波电路的仿真
方法同输出方波电路的仿真方法，将S1开关打到三角波信号线档即可得图11所示的方波转三角波波形仿真图。

图11　输出三角波电路的仿真

4.3正弦波电路的仿真
方法同输出方波电路的仿真方法，将S1开关打到正弦波信号线档即可得图12所示的正弦波波形仿真图。

图13　输出正弦波电路的仿真

4.4锯齿波电路的仿真
方法同输出方波电路的仿真方法，将S1开关打到三角波信号线档，调节可调电阻Rp1,最好是0%或100%即可得图14所示的锯齿波波形仿真图。

　　　　　　　　图14　输出锯齿波电路的仿真
5实验总结　
为期几天的课程设计已经结束，在这几天的学习、设计、及电路搭建过程中我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过对函数信号发生器的设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、搭建方法；以及如何提高电路的性能等等。
通过对函数信号发生器的设计，我还深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！
其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦，体会到成功来自于汗水，体会到成果的来之不易。
在实验过程中，我们遇到了不少的问题。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啦。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。
还有值得我们自豪的就是我们的线路连得横竖分明，简直就是艺术，当然，我们也有很多不足的地方，
最后用一句话来结束吧：“实践是检验真理的唯一标准”。
类型
规格
数量
备注
电阻
0.51KW
3

1KW
1

2KW
1

10KW
3

100KW
2

滑动变阻器
1KW
1

20 KW
1

500 KW
1

芯片
LM324N
1

电容
4.7uF
1

2.2uF
3

1uF
1

开关
单刀四掷开关
1

普通二极管

2

稳压二极管

2

6．仪器仪表清单
表一 仪器清单表

7．参考文献
[1] [1]陈利永.电子技术基础　[M]北京.北京邮电大学出版社

8.致谢
首先衷心感谢我们的指导老师，本次课程设计是在老师的指导下完成的。值此论文完成之际，谨向老师致以深深的敬意和衷心的感谢。同样感谢我的同学们和其他的老师们，感谢你们的无私帮助，成功不是属于一个人的，而是属于大家的。