方波-三角波-正弦波-锯齿波发生器

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1、方波-三角波-正弦波-锯齿波发 生器电子工程设计报告1设计要求1 前言12方波、三角波、正弦波发生器方案 22.1原理框图23 各组成部分的工作原理33.1方波发生电路的工作原理 33.2方波-三角波转换电路的工作原理43.3三角波-正弦波转换电路的工作原理 63.4方波一锯齿波转换电路的工作原理 73.5总电路图8方波三角波正弦波函数信号发生器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

2、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

3、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；/、八1.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

4、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原理框图图1方波、

5、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R

6、C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C 1正向充电，充电波放 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一Uz，门限电压也随之变为Uthi , 电容C1经电阻R放电。当该电压下降到U thI时输出图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4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R C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

7、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 .Rpl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52 .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=U=R1Uz/R2设积分电路的输出电压从+Uom到

8、一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R5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方波一锯齿波转换电路的工作原理1316R4100k QD41N4154 Q 50% - Key=A81N4154U1OPAMP 3T VIRTUALR31k QD2 1N4680R1020k Q 50%R12Key=B6R

9、612 C1 10k q H Q151UFU214OP,AmP 3T VIRTUAL-D1車 1N4680R5100k QR2 AW 510Q#GNDR7 A/W 10k Q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）C 1;当输入为一Uz时，D3断，D4通，积分 电路的时

10、间常数为R（6到12 ）C 1 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Rp316100k QD4Rp1 Key=B61N4154加41弊50%Key=A D3 $8R512 C1 10kQ10 ,U3AMP_3T_VIRTUAL*2 500k QKey=CR8 10k Q1750%U1R31kQOPAMP 3T VIRTUALD1 1N4680D2 1N468010k QGNDOpAMp 3T VIRTUAL1uF U2R100k QGNDR6510 QC4510 Q_ C2千 4.7uF宁 2.2uFC32.2uF图9 总电路图图中 S1 开

11、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Rp 3可调节输出波形不同的幅值。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

12、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” 。