標題: 四種波形發生器的課程設計報告 [打印本頁]
作者: 一熙綠 時間: 2018-5-23 22:32
標題: 四種波形發生器的課程設計報告
哈工大-電工電子-大作業_三角波 正弦波 鋸齒波發生器
XXXXXXX大學
課程設計報告
課程名稱: 電子技術基礎
設計題目:方波 三角波 正弦波 鋸齒波函數發生器
系 別: 專 業: 班 級: 學生姓名: 學 號: 同組同學: 學 號: 指導教師:
XXXX大學XXXX學院
XXXX年 月 日
2
摘 要
波形函數信號發生器廣泛地應用于各場所。函數信號發生器應用范圍:通信、廣播、電視系統中，都需要射頻(高頻)發射，這里的射頻波就是載波。除供通信、儀表和自動控制系統測試用外，還廣泛用于其他非電測量領域，而我設計的正是多種波形發生器。設計了多種波形發生器，該發生器通過將滯回電壓比較器的輸出信號通過RC電路反饋到輸入端，即可組成矩形波信號發生器。然后經過積分電路產生三角波，三角波通過低通濾波電路來實現正弦波的輸出。其優點是制作成本低，電路簡單，使用方便，頻率和幅值可調，具有實際的應用價值。
函數(波形)信號發生器。能產生某些特定的周期性時間函數波形(正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等)信號，頻率范圍可從幾個微赫到幾十兆赫函數信號發生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的用途
而因此電子專業的學生，對函數信號發生器的設計，仿真，制作已成為最基本的一種技能，也是一個很好的鍛煉機會，是一種綜合能力的鍛煉，它涉及基本的電路原理知識，仿真軟件的使用，以及電路的搭建，既考驗基礎知識的掌握，又鍛練動手能力。
關鍵詞:振蕩電路;電壓比較器;積分電路;低通濾波電路
1
目 錄
?
設計要求 1 1(前言 1 2方波、三角波、正弦波發生器方案 2
21原理框圖 2
3(各組成部分的工作原理 3
31 方波發生電路的工作原理 3
32 方波--三角波轉換電路的工作原理 4
33三角波--正弦波轉換電路的工作原理 5
34 方波—鋸齒波轉換電路的工作原理 6
35總電路圖 7
4用Multisim10電路仿真 8
41輸出方波電路的仿真 8
42三角波電路的仿真 9
43正弦波電路的仿真 10
44鋸齒波電路的仿真 11
5實驗總結 11
6(儀器儀表清單 13 7(參考文獻 13 8致謝 13
方波—三角波—正弦波函數信號發生器 設計要求
1(設計、組裝、調試方波、三角波、正弦波發生器。
2(輸出波形:方波、三角波、正弦波;鋸齒波
3(頻率范圍 :在002,20KHz范圍內且連續可調 ;
1(前言
在人們認識自然、改造自然的過程中，經常需要對各種各樣的電子信號進行測量，因而如何根據被測量電子信號的不同特征和測量要求，靈活、快速的選用不同特征的信號源成了現代測量技術值得深入研究的課題。信號源主要給被測電路提供所需要的已知信號(各種波形)，然后用其它儀表測量感興趣的參數。可見信號源在各種實驗應用和實驗測試處理中，它不是測量儀器，而是根據使用者的要求，作為激勵源，仿真各種測試信號，提供給被測電路，以滿足測量或各種實際需要。
波形發生器就是信號源的一種，能夠給被測電路提供所需要的波形。傳統的波形發生器多采用模擬電子技術，由分立元件或模擬集成電路構成，其電路結構復雜，不能根據實際需要靈活擴展。隨著微電子技術的發展，運用單片機技術，通過巧妙的軟件設計和簡易的硬件電路，產生數字式的正弦波、方波、三角波、鋸齒等幅值可調的信號。與現有各類型波形發生器比較而言，產生的數字信號干擾小，輸出穩定，可靠性高，特別是操作簡單方便。
1
2方波、三角波、正弦波發生器方案
2.1原理框圖
電壓比較器RC充放電反饋回路
積分電路 占空比可調
鋸齒波 矩形波 方波
積
分
電
路
正弦波 三角波
低頻濾波
比例放大電路，得到需要幅值;峰峰
值的信號波
圖1 方波、三角波、正弦波、鋸齒波信號發生器的原理框圖
該發生器通過將滯回電壓比較器的輸出信號通過RC電路反饋到輸入端，即可組成矩形波信號發生器。然后經過積分電路產生三角波，通過改變方波的占空比不僅可以得到鋸齒波，還可得到額外的矩形波。三角波通過低通濾波電路來實現正弦波的輸出。然后將各種信號通過比例放大電路得到需要幅值;峰峰值的信號波
該電路具有結構、思路簡單，運行時性能穩定且能較好的符合設計要求，對原器件要求不高，且成本低廉、調整方便，
2
3(各組成部分的工作原理
3.1 方波發生電路的工作原理
R
10kΩU1
R334
121kΩ
D2OPAMP_3T_VIRTUAL1N4680R2C151uFR11kΩ1kΩD1
1N4680
GND
GND
圖2 方波信號發生原理
此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環節，又作為反饋網絡，通過RC充、放電實現輸出狀態的自動轉換。設某一時刻輸出電壓+Uz,,此時滯回電壓比較器的門限電壓為UTH2。輸出信號通過R對電容C,正向充電，充電波形如圖3箭頭所示。當該電壓上升到 ,TH2時，電路的輸出電壓變為,UZ,門限電壓也隨之變為UTH1，電容C1經電阻R放電。當該電壓下降到,TH,時輸出電壓又回到+Uz，電容又開始正相充電。上述過程周而復始，電路產生了自激振蕩。
TH2 U充放電波形
O
UTH1
圖, 方波信號發生波形
3
3.2 方波--三角波轉換電路的工作原理
,.電路的組成
4
R6R16
1kΩ510ΩRP1C120kΩ50%
Key=BR2101uFU2100kΩ
U15R3R413
1kΩ1kΩOPAMP_3T_VIRTUALD2
OPAMP_3T_VIRTUAL1N5231B278D1
1N5231B
R8RGND
10kΩ100kΩGND
圖4 積分電路產生三角波
根據RC積分電路輸入和輸出信號波形的關系可知，當,,積分電路的輸入信號為方波時，輸出信號就是三角波，由此可得，利用方波信號發生器和,,積分電路就可以組成三角波信號發生器。如圖,
該電路的工作原理是:方波信號發生器輸出的方波輸入積分電路，在積分電路的輸出端得到三角波信號。積分電路的輸出端除了輸出三角波信號外，還通過電阻,,.,p1將三角波信號反饋到滯回電壓比較器的輸入端，將三角波信號整形變成方波信號輸出。該電路工作波形圖如圖,
圖, 三角波
,.振蕩頻率
因為，該電路振蕩信號的頻率與三角波輸出信號的幅度有關，所以要確定該電路的
4
振蕩頻率，必須先確定三角波信號的輸出幅度。三角波輸出信號的幅度等于滯回電壓比較器的閾值電壓，根據疊加定理可求出滯回電壓比較器的閾值電壓為
u+=UOR1/(R1+R2)-UOR2(R1+R2)=u-=0
由此可得輸出信號的幅度為:Uom=UTH=R1Uz/R2
設積分電路的輸出電壓從+Uom到,Uom所需要的時間為t，根據積分電路輸出電壓和輸入電壓的關系式可得
2Uom=uo1*t/(C*R4)
即t=2R4*C1*Uom/Uz=2R1*R4*C1/R2
因三角波信號的周期為2t,所以三角波輸出信號的頻率為
f=R2/(4R1*R4*C1)
3.3三角波--正弦波轉換電路的工作原理
圖6 三角波產生正弦波原理圖
原理:采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。
圖7 正弦波
5
3.4 方波—鋸齒波轉換電路的工作原理
R213
510Ω
R10
20kΩ50%
Key=BR12D46
R61kΩ1N415450%Key=A12C1D310kΩ8
R41N4154191uFU2U1100kΩ
14R3115
1kΩ7D2OPAMP_3T_VIRTUALOPAMP_3T_VIRTUAL1N46802
R516D1100kΩ1N4680
R7
GND10kΩ
圖8 鋸齒波產生原理圖
三角波信號的特征是波形上升和下降的斜率相同，當波形上升和下降的斜率不同時，三角波就轉化成鋸齒波。根據這個特征，只要將圖4的電路中的積分電路改成時間常數隨方波輸出極性而變化的電路，即可組成鋸齒波信號發生器。圖,中的二極管D3和D4的作用是改變積分電路的時間常數，當輸入為+Uz時，D3導通，D4斷開，積分電路的時間常數為R(8到12)C,;當輸入為,Uz時，D3斷，D4通，積分電路的時間常數為R(6到,,)C,.可得
T=t1+t2=2(R4+R5)R1C1/R2 波形圖如圖,
圖, 鋸齒波
6
3.5總電路圖
Rp3113
510Ω500kΩ50%Key=CRp2S120kΩ50%5Key=BU317R9Rp1D410Key = Space62kΩR51kΩ1N415450%Key=A12C1D310kΩ3OPAMP_3T_VIRTUAL814R2111N4154191uFR8U2U1100kΩ10kΩ
R3R6R71415
1kΩ510Ω510Ω7D2OPAMP_3T_VIRTUALC4C2OPAMP_3T_VIRTUAL1N46802C34.7uF2.2uFR16D12.2uF100kΩ1N4680
GNDR4
GND10kΩ
圖, 總電路圖
圖中S1開關可實現各種波形切換，滑動變阻器Rp2可實現不同頻率調節，調節Rp1可實現方波占空比的調節，最主要的是可將三角波轉換為鋸齒波，調節Rp,可調節輸出波形不同的幅值。
7
4.用Multisim10電路仿真
4.1輸出方波電路的仿真
用Multisim10電路仿真軟件進行仿真。從Multisim10仿真元件庫中調出所需元件，按電路圖接好線路，方波輸出端接一個虛擬的示波器，接通電源后，將S1開關打到方波信號線檔，可得如圖10所示的輸出方波仿真圖。
圖10 輸出方波電路的仿真
8
4.2三角波電路的仿真
方法同輸出方波電路的仿真方法，將S1開關打到三角波信號線檔即可得圖11所示的方波轉三角波波形仿真圖。
圖11 輸出三角波電路的仿真
9
4.3正弦波電路的仿真
方法同輸出方波電路的仿真方法，將S1開關打到正弦波信號線檔即可得圖12所示的正弦波波形仿真圖。
圖13 輸出正弦波電路的仿真
10
4.4鋸齒波電路的仿真
方法同輸出方波電路的仿真方法，將S1開關打到三角波信號線檔，調節可調電阻Rp1,最好是0%或100%即可得圖14所示的鋸齒波波形仿真圖。
圖14 輸出鋸齒波電路的仿真
5實驗總結
為期幾天的課程設計已經結束，在這幾天的學習、設計、及電路搭建過程中我感觸頗深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過對函數信號發生器的設計，我掌握了常用元件的識別和測試;熟悉了常用的儀器儀表;了解了電路的連接、搭建方法;以及如何提高電路的性能等等。
通過對函數信號發生器的設計，我還深刻認識到了“理論聯系實際”的這句話的重要性與真實性。而且通過對此課程的設計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也鞏固了以前知道的知識。最重要的是在實踐中理解了書本上的知識，明白了學以致用的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個課程設計的原因。他是為了教會我們如何運用所學的知識去解決實際的問題，提高我們的動手能力。在整個設計到電路的焊接以及調試過程中，我個人感覺調試部分是最難的，因為你理論計算的值在實際當中并不一
11
定是最佳參數，我們必須通過觀察效果來改變參數的數值以期達到最好。而參數的調試是一個經驗的積累過程，沒有經驗是不可能在短時間內將其完成的，而這個可能也是老師要求我們加以提高的一個重要方面吧～
其次，這次課程設計提高了我的團隊合作水平，使我們配合更加默契，體會了在接好電路后測試出波形的那種喜悅，體會到成功來自于汗水，體會到成果的來之不易。
在實驗過程中，我們遇到了不少的問題。比如:波形失真，甚至不出波形這樣的問題。在老師和同學的幫助下，把問題一一解決，那種心情別提有多高興啦。實驗中暴露出我們在理論學習中所存在的問題，有些理論知識還處于懵懂狀態，老師們不厭其煩地為我們調整波形，講解知識點，實在令我感動。
還有值得我們自豪的就是我們的線路連得橫豎分明，簡直就是藝術，當然，我們也有很多不足的地方，
最后用一句話來結束吧:“實踐是檢驗真理的唯一標準”。
類型 規格 數量 備注
3 電阻 0.51K,
1 1K,
1 2K,
3 10K,
2 100K,
1 滑動變阻器 1K,
1 20 K,
1 500 K,
LM324N 1 芯片
4.7uF 1 電容
2.2uF 3
1uF 1
1 開關 單刀四擲開關 12
普通二極管 2
穩壓二極管 2
6(儀器儀表清單
表一 儀器清單表
7(參考文獻
[1] [1]陳利永.電子技術基礎 [M]北京.北京郵電大學出版社
8.致謝
首先衷心感謝我們的指導老師，本次課程設計是在老師的指導下完成的。值此論文完成之際，謹向老師致以深深的敬意和衷心的感謝。同樣感謝我的同學們和其他的老師們，感謝你們的無私幫助，成功不是屬于一個人的，而是屬于大家的。
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四種波形發生器的設計報告
作者: 超級大銘 時間: 2019-12-15 23:34
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