1、湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題目: 方波、三角波和正弦波發(fā)生器 課 程： 電子線路課程設(shè)計(jì) 專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班 級： 0312408 學(xué) 號： 031240212 學(xué)生姓名： 郭雨 指導(dǎo)教師： 楊慶老師 2015 年 1 月 8 日 摘 要波形函數(shù)信號發(fā)生器廣泛地應(yīng)用于各場所。函數(shù)信號發(fā)生器應(yīng)用范圍：通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波。除供通信、儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)測試用外，還廣泛用于其他非電測量領(lǐng)域，而我設(shè)計(jì)的正是多種波形發(fā)生器。設(shè)計(jì)了多種波形發(fā)生器，該發(fā)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(fā)生器。

2、然后經(jīng)過積分電路產(chǎn)生三角波，三角波通過低通濾波電路來實(shí)現(xiàn)正弦波的輸出。其優(yōu)點(diǎn)是制作成本低，電路簡單，使用方便，頻率和幅值可調(diào)，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。函數(shù)（波形）信號發(fā)生器。能產(chǎn)生某些特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號，本文在對方波、三角波和正弦波發(fā)生器工作原理分析的基礎(chǔ)上，建立了基于Multisim的仿真電路的仿真模型，并對其進(jìn)行了仿真分析和研究。關(guān)鍵詞： 仿真；信號發(fā)生器；正弦波；方波；三角波 Abstract Waveform function signal generator is widely used in various places. Funct

3、ion signal generator application: communications, broadcasting and television system, All need rf (radio frequency) emission, the radiofrequency waves are carrier here. Except for communications test instruments and automatic control system, is widely used in other electric measurement field, and I

4、design is the variety of waveform generator. Design a variety of waveform generator, the generator through the hysteresis voltage comparator output signal by the RC circuit feedback to the input, can be composed of rectangular wave signal generator. Are generated from the integral circuit and triang

5、le wave, triangle wave through a low-pass filter circuit to realize the sine wave output. Its advantage is low production cost, simple circuit, easy to use, adjustable frequency and amplitude, and has practical application value. Function waveform signal generator.Can produce certain periodic time f

6、unction waveform (sine wave, square wave, triangle wave, sawtooth wave and pulse wave, etc.) signals, this paper, on the other side wave, triangle wave and sine wave generator based on the analysis of the working principle, based on Multisim simulation circuit simulation model is established, and th

7、e simulation analysis and research. Key words: The simulation; Signal generator; Sine wave; Square wave; Triangle wave 目 錄1 引言42 總體設(shè)計(jì)52.1 設(shè)計(jì)目的52.2 設(shè)計(jì)要求52.3設(shè)計(jì)原理52.3.1方波發(fā)生電路工作原理62.3.2方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理72.3.3三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理83 詳細(xì)設(shè)計(jì)及仿真103.1方波、三角波和正弦波發(fā)生器仿真電路103.2方波、三角波和正弦波發(fā)生器仿真結(jié)果及分析103.3 仿真結(jié)果分析134 元器件清單145

8、總結(jié)15參考文獻(xiàn)161 引言在人們認(rèn)識自然、改造自然的過程中，經(jīng)常需要對各種各樣的電子信號進(jìn)行測量，因而如何根據(jù)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(xiàn)代測量技術(shù)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(shù)。可見信號源在各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)測試處理中，它不是測量儀器，而是根據(jù)使用者的要求，作為激勵(lì)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(shí)際需要。波形發(fā)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(tǒng)的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，由分立元件或模擬集成電路構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能

9、根據(jù)實(shí)際需要靈活擴(kuò)展。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，通過巧妙的軟件設(shè)計(jì)和簡易的硬件電路，產(chǎn)生數(shù)字式的正弦波、方波、三角波、鋸齒等幅值可調(diào)的信號。與現(xiàn)有各類型波形發(fā)生器比較而言，產(chǎn)生的數(shù)字信號干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，特別是操作簡單方便。2 總體設(shè)計(jì)該發(fā)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(fā)生器。然后經(jīng)過積分電路產(chǎn)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(shí)現(xiàn)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；峰峰值的信號波形。該電路具有結(jié)構(gòu)、思路簡單，運(yùn)行時(shí)性能穩(wěn)定且能較好的符合設(shè)計(jì)

10、要求。 2.1 設(shè)計(jì)目的1掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法 2掌握模擬 IC 器件的應(yīng)用 3培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識來指導(dǎo)實(shí)踐的能力 4掌握常用元器件的識別和測試 5熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法2.2 設(shè)計(jì)要求1設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試方波、三角波、正弦波發(fā)生器仿真電路2輸出波形：方波、三角波、正弦波及其之間的相互轉(zhuǎn)換3頻率范圍 ：在0.0220KHz范圍內(nèi)且連續(xù)可調(diào) 2.3設(shè)計(jì)原理 函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數(shù)發(fā)生器 S101 全部采用晶體管)，也可以采

11、用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊 8038)。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波三角波正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。 產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取１菊n題采用先產(chǎn)生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法， 本課程設(shè)計(jì)中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖如下所示： 由比較器和積分器組成方波三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放

12、大器來完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。 圖2-3 2.3.1方波發(fā)生電路工作原理 圖2-3-1此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路即作為遲滯環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC沖、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz，則同相輸入端電位 Up=+Ut,Uo通過R3對電容C正向充電，如圖中箭頭所示。反相輸入端電位n隨時(shí)間的增長而逐漸增高，當(dāng)t趨于無窮時(shí)，Un趨于+Uz；但是Un=+Ut、再稍增大，

13、Uo從+Uz躍變?yōu)?Uz，與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)?UT。隨后，Uo又通過 R3對電容反相充電，如圖中虛線箭頭所示。Un隨時(shí)間逐漸增長而減低，當(dāng)T趨于無窮大時(shí)，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Uz再減小，UO就從-Uz躍變?yōu)?Uz，UO從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開是正向充電。 上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。2.3.2方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 圖2-3-2 若a點(diǎn)斷開，運(yùn)算發(fā)大器 A1 與 R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運(yùn)放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即U-=0，同相輸入端接輸入電壓 Uia，R1稱為平衡電阻。比較器的輸出Uo1的高電平等

14、于正電源電壓+Vcc，低電平等于負(fù)電源電壓-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）,當(dāng)比較器的U+=U-=0時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1從高電平跳到低電平-Vee,或者從低電平Vee跳到高電平Vcc。設(shè)Uo1=+Vcc,則將上式整理，得比較器翻轉(zhuǎn)的下門限單位 Uia-為 若 Uo1=-Vee,則比較器翻轉(zhuǎn)的上門限電位 Uia+為由以上公式可得比較器的電壓傳輸特性。a 點(diǎn)斷開后，運(yùn)放A2與R4、RP2、C2及 R5組成反相積分器，其輸入信號為方波Uo1，則可見積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系下圖所示。a 點(diǎn)閉合，既比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)

15、產(chǎn)生方波-三角波。由以上兩式可以得到以下結(jié)論： 1.電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時(shí)，不會影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，PR2實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。 2.方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓+Vcc。電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會影響方波-三角波的頻率。2.3.3三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 圖2-3-3三角波正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成。(如上圖) 差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換

16、的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為：式中a=IC/IE1 I0差分放大器的恒定電流； UT溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時(shí)，UT26mV。 如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為式中 Um三角波的幅度； T 三角波的周期。3 詳細(xì)設(shè)計(jì)及仿真用Multisim 10電路仿真軟件進(jìn)行仿真。從Multisim 10仿真元件庫中調(diào)出仿真電路所需元件，按設(shè)計(jì)好的電路圖接好線路，在其函數(shù)發(fā)生器模塊輸出端接一個(gè)虛擬的示波器，接通電源后，可得如下圖所示的輸出方波仿真圖。3.1方波、三角波和正弦波發(fā)生器仿真電路把以上所述的三組仿真電路組合在一起，從而形成一個(gè)總仿真電路圖。及由

17、方波發(fā)生器電路、方波-三角波轉(zhuǎn)換電路、三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路三部分和兩個(gè)示波器組成。如下圖3-1，示波器AB兩端分別接入的兩個(gè)輸出信號分別是不同的波形。而其和在一起輸出的及為波與波的轉(zhuǎn)換。由此可以觀察其仿真結(jié)果。其中仿真電路模型如下：圖3-1方波、三角波和正弦波發(fā)生器仿真模型3.2方波、三角波和正弦波發(fā)生器仿真結(jié)果及分析將XSC1的B端口去掉，及為方波輸出端的波形。其波形如下： 圖3-2-1將XSC1的A端口去掉，及為三角波輸出端的波形。其波形如下：圖3-2-2將XSC2的A端口去掉，及為正弦波輸出端的波形。其波形如下： 圖3-2-3將XSC1的AB端口如總仿真電路圖連接，其方波-三角波輸出端

18、的波形。其波形如下：圖3-2-4將XSC2的AB端口如總仿真電路圖連接，其三角波-正弦波輸出端的波形。波形如下：圖3-2-53.3 仿真結(jié)果分析 波形可以看出其波形有一些失真，特別是矩形波；還有就是其峰值電壓有一些誤差其誤差可能由以下幾點(diǎn)產(chǎn)生。1.參數(shù)設(shè)計(jì)不夠精確。 2.所選可調(diào)電阻的調(diào)節(jié)范圍太大，調(diào)節(jié)不夠精確。 3.調(diào)試沒能很精確，產(chǎn)生的波形還有細(xì)微的失真現(xiàn)象，記錄數(shù)據(jù)時(shí)，讀數(shù)不精確導(dǎo)致誤差產(chǎn)生。4.選用的實(shí)驗(yàn)元件存在系統(tǒng)偏差。5.集成運(yùn)放不是理想運(yùn)放，其運(yùn)放性能指標(biāo)對運(yùn)算誤差有影響。改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)，減少實(shí)驗(yàn)誤差的方法： 選取精確度較高的實(shí)驗(yàn)器件，在選擇可變電阻時(shí)要

19、考慮到其要調(diào)節(jié)的范圍，盡可能的選用與要用最大限度接近的可調(diào)電阻，在振蕩電路中可調(diào)電阻最好用雙滑式可調(diào)電阻。在調(diào)試過程中要盡可能的把波形調(diào)節(jié)到不失真，調(diào)節(jié)頻率時(shí)用同軸電位器，這樣不僅避免了調(diào)節(jié)困難，還能使調(diào)節(jié)的精確度更高。4 元器件清單元器件名稱型號主要參數(shù)備注VCC12V電源VDD-12V電源R110K 5%電阻R220K 1%R32K 1%R450K 50%變阻器R52.7K 5%R650K 50%變阻器R768KR820KR920KR10100R1150K 50%變阻器R122KR132KR148KR15100KD102BZ2.2穩(wěn)壓管D202BZ2.2穩(wěn)壓管U13354AM運(yùn)算放大器U2

20、3354AM運(yùn)算放大器U33354AM運(yùn)算放大器C122nf電容C2470ufC3470ufC4100nfC5470ufGROUND接地6個(gè)XSC1示波器1XSC1示波器25 總結(jié)為期三個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，在這幾天的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、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(rèn)識。通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)，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(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我還深刻認(rèn)識到了“理論聯(lián)系實(shí)際”的這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過對此課程的設(shè)計(jì)，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(shí)踐中理解了書本上的知