1、XXXXXXXX學院課程設計說明書課程名稱： 電力電子技術 設計題目： 方波產生和波形變換電路 班級： XXXXXXXXXXXXXXX姓名： XXXX 學號： XXXXXXXXXXX 指導老師： XXXX 設計時間： XXXXXXXXXXXXX 摘 要波形發生器廣泛地應用于各大院校和科研場所。隨著科技的進步，社會的發展，單一的波形發生器已經不能滿足人們的需求，而我們設計的正是多種波形發生器。本設計將介紹由集成運算放大器組成的方波-三角波-正弦波函數發生器的設計方法，了解多功能集成電路函數信號發生器的功能及特點， 進一步掌握波形參數的測試方法。制作這種低函數信號發生器成本較低，適合學生學習電子技

2、術測量使用。制作時只需要個別的外部元件就能產生從110HZ，10100HZ的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。其中比較器與積分電路和反饋網絡（含有電容元器件）組成振蕩器，其中比較器產生的方波通過積分電路變換成了三角波，電容的充，放電時間決定了三角波的頻率。最后利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性特點將三角波轉換成正弦波。電壓比較器實現方波的輸出，又連接積分器得到三角波，并通過三角波-正弦波轉換電路看到正弦波，得到想要的信號。NI Multisim 軟件結合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能過快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。本設計就是利用M

3、ultisim軟件進行電路圖的繪制并進行仿真。關鍵字：波形、比較器、積分器、MultisimAbstractWaveform generator is widely used in universities and scientific research. With the progress of science and technology, the development of the society, a single waveform generator has can't satisfy people's needs, and our design is a vari

4、ety of waveform generator. This design introduces the integrated operational amplifier composed of square wave - - - - - the design method of the triangle wave, sine wave function generator, understand the multi-function integrated circuit functions and characteristics of function signal generator,

5、further grasp the waveform parameter test methods. To make this kind of function signal generator with low cost, suitable for students learning electronic technology measure. Need only when making individual external components can produce from 1-10 hz, 10-100 hz low distortion of sine wave, triangu

6、lar wave and square wave pulse signal. The output waveform frequency and duty ratio can also be controlled by current or resistance. The comparator and integral circuit and the feedback network (containing the capacitance component) oscillator, the comparator of square wave by integrating circuit tr

7、ansformation becomes a triangle wave, capacitance charging, discharge time determines the frequency of the triangular wave. Finally using the nonlinear characteristics of the differential amplifier transmission characteristic curve of converting triangular wave into sine wave.Voltage comparator for

8、the square wave output, and connect the integrator by triangle wave, and see the sine wave by triangle wave, sine wave conversion circuit, achieve the desired signal.NI Multisim software combines intuitive capture and functional simulation, can quickly, easily and effectively carried out on the circ

9、uit design and verification. This design is to use Multisim software to draw and carry on the simulation of circuit diagram.Key words: waveform, comparator, integrator, Multisim目 錄一、設計目的及要求51.1設計目的51.2設計內容與要求5二 、函數發生器的組成52.1原理框圖52.2原理分析5三、系統中各模塊設計63.1 方波-三角波63.2三角波-正弦波轉換電路93.3總電路圖11四、OPA2541的功能介紹11五

10、、結果分析12六、課程設計中的收獲和體會12參考文獻13附錄14方波產生和波形變換電路一、設計目的及要求1.1設計目的1.了解集成運放電路的組成和使用；2.了解集成運放幾種典型應用電路的工作原理；3.掌握利用運算放大器設計方波產生電路、波形變換電路和調試的方法。1.2設計內容與要求1.利用多個運算放大器設計一個方波產生和波形變換電路；2.對產生的方波信號的幅度和頻率不做統一規定，請自行設計，產生的方波信號經積分電路得到三角波，再對三角波進行有源低通濾波，最終得到正弦波；3.電路工作電源為±12V；4.畫出電路圖，寫出完整的報告；5.用面包板搭出電路，并調試之。二 、函數發生器的組成2

11、.1原理框圖2.2原理分析函數發生器一般是指能自動產生方波、三角波、正弦波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。產生方波、三角波、正弦波的方案有多種，本課題介紹先產生方波-三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設計方法。由R、C振蕩電路、比較器產生方波，再通過方波轉換為三角波，最后通過差分放大器將三角波轉換為正弦波。三、系統中各模塊設計3.1 方波-三角波由模電知識我們知道，將一組矩形波經積分電路會得到良好的三角波，所以本設計采用前置矩形波發生電路，然后對所得到的矩形波進行積分電路積分，最后輸出三角波。 方波發生電路實際是由一個滯回比較器和一個RC充放電回路組成，如圖1所示。圖1 方波發生電路

12、 其中R4、R5與集成運放組成滯回比較器，穩壓管D1、D2和電阻R2的作用是鉗位，將滯回比較器輸出電壓穩定在正負Uz。在方波發生電路中，利用二極管的單項導電性是電容正向和反向充電的通路不同，從而使它們時間常數不同，即可以改變輸出電壓的占空比，再經過積分就可以得到占空比可調的三角波，如圖所示，圖中電位器和兩個二極管的作用是將電容和放電的回路分開，調節充電和放電兩個時間常數的比例。如果將電位器向下滑動，則充電時間常數減小，放電時間常數增大，于是輸出端為高電平的時間縮短，低電平的時間增長。圖2 方波 積分電路的輸出電壓Uo往正方向線性 增長，此時U+也隨著增長，當增長至U+=U-=0時，滯回比較器的

13、輸出電壓UO1發生跳變，而發生跳變時的UO值是使三角波的最大值Uom。將條件UO1=-UZ,U+=0和Uo=Uom代入下式可得： 0=R4/(R4+R5) (-Uz)+R5/(R4+R5) Uom （1）可解的三角波的輸出幅度為:Uom=(R4/R5)Uz （2）將上述的矩形波發生電路的輸出端與積分電路的輸入端連接即可得到占空比可調的的三角波發生電路，如圖3。圖3 三角波發生電路 圖4 三角波3.2三角波-正弦波轉換電路低通濾波工作原理：低通濾波是容許低于截至頻率的信號通過， 但高于截止頻率的信號不能通過的電子濾波裝置。讓某一頻率以下的信號分量通過，而對該頻率以上的信號分量大大抑制的電容、電感

14、與電阻等器件的組合裝置。三角波-正弦波的轉換電路主要由差分放大器來完成，差分放大器具有工作點穩定，輸入阻抗搞，抗干擾能力較強等優點。特別是直流放大器是，可以有效地抑制零點漂移，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；利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。圖5 正弦波發生電路三角波>正弦波變換電路的參數選擇原則是：隔直電容C要取得較大，因為輸出頻率很低，取C2為2uF,C3為4uF。圖6 正弦波為使輸出波形更接近于正弦波，可見1.傳輸特性曲線越對稱，先行區越窄越好；圖7 三角波、正弦波變換原理3.3總電路圖圖8 總電路圖 四、OPA2541的功能介紹大功率雙運算放大器OPA25

15、41是美國BURR -BROWN公司生產的新一代高電壓、大電流輸出型運算放大器, 用于驅動各種電阻性和電抗性負載(如電動機等), 并具有較大的安全裕量。利用OPA2541制作的旋轉變壓器激磁電源, 其輸出不用升壓變壓器或諧振電容升壓, 就能達到旋轉變壓器的額定激磁電壓。OPA2541是具有高放大倍數和大功率輸出級的雙運算放大器, 因此, 被廣泛應用于電動機驅動器、跟蹤系統放大器、可編程電源、音頻放大器等。圖9 OPA2541引腳單片OPA2541功率放大器集成塊中有兩個單功率放大器, 且兩個放大器的功能不相等。OPA2541的引腳圖如圖9所示。腳1 為B 端輸出; 腳2 為十V正電源; 腳3

16、為A端正輸入; 腳4 為A 端負輸入; 腳5 為A 端輸出; 腳6 為一V;電源; 腳7 為B 端正輸入，腳8為B端負輸入。五、結果分析 輸出的各波形的參數范圍有些許的偏差，是因為在各原件的參數選擇上有些偏差。正弦波稍微有點失真是因為積分電路中充放電的時間不夠。六、課程設計中的收獲和體會該電路分為三部分，第一部分是利用運算放大器產生方波，第二部分是利用積分電路將方波變為三角波，第三部分則是通過有源低通將三角波變為正弦波。 在正弦波產生電路中,改變RC的值可以改變電路的信號頻率，在電壓比較器中，改變參考電壓的值可以改變方波的比例。剛開始著手開始做的時候，只知道設計要求，沒有一點頭緒，看著設計任務

17、似乎并不難，但是當真正開始卻不知道從何下手。后來經過反復的看課本以及上網查詢資料才慢慢對本次的課程設計有個大致的體會，于是開始一步步的去做，遇到不會的就看書，書上看不懂就上網查找資料。在復習以前學過的電路知識的同時，我也加緊學習了Multisim這款電路設計軟件，這是一款對于我來說異常強大的軟件，所有以前做的電路實驗都可以在這款軟件上面完成。我學習了很長時間也不過剛剛懂一些皮毛，仍然不能完全弄懂軟件中有些部件的功能。在確定自己可以用這款軟件來設計電路的是時候我就開始設計自己的電路圖和確定元件的參數了。通過這次的課程設計，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。在設計過程中碰到許多不同的問題，與理論有所差距，明白理論和實踐還是有差距的，我們不能只學理論而不實踐，要多結合理論進行實踐，這樣才更加理解掌握知識，把理論應用于實踐，從實踐中得出結論。參考文獻1 康華光.電子技術基礎（數字部分）M.第五版.北京：高等教育出版社，2006.414-4242 稻葉保.振蕩電路的設計與應用M.北京：科學出版社，2004.29-993 王立欣，楊春