设计制作正弦波-方波-三角波函数转换器

物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表专业：电子科学与技术班级：07电子本学号：：

2009年7月2日

模拟电路课程设计报告

正弦波-方波-三角波函数转换器的设计

一、设计任务与要求

①输出波形频率围为0.2KHz~20kHz且连续可调；

②正弦波幅值为±2V；

③方波幅值为2V；

④三角波峰-峰值为2V，占空比可调；

⑤用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的

二、方案设计与论证

波形产生电路通常课采用多种不同电路形式和元器件后的所要求的波形信号输出。波形产生电路的关键部分是振荡器，而设计振荡器电路的关键是选择有源器件，确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。具体设计可参考一下方案。

方案一、文氏桥式振荡器（RC串-并联正弦波振荡器）产生正弦波输出，其主要特点是采用RC串-并联网络作为选频和反馈网络，其振荡频率f

=1/（2∏RC），改变RC的数值，可得到不

同频率的正弦波信号输出。用集成运放构成电压比较器，将正弦波信号变换成方波信号输出。用运放构成积分电路，将方波信号变换成三角波或锯齿波信号输出。该电路的优点是：发生信号的非线性失真小，缺点是：调试过程烦琐，所需元器件多，制作难度大，成本较高．方框图：

方案二、用uA741构成信号发生电路，把正弦波信号转换成方波信号再转变成锯齿波信号，该电路调试过程较简单，容易实现波形的转换，制作简单．

三、单元电路设计与参数计算 直流电源:

直流电源由电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路四部分构成

稳压电源的组成框图

交流 电源

电路图

１．整流，滤波电路

用四个整流二极管组成单相桥式整流电路，将交流电压Ｕ2变成脉动的直流电压,为了减小电压的脉动，再经滤波

电容C 1滤除纹波,输出直流电压Ui ，U I =1.2U 2

为了获得较好的滤波效果，在实际电路中，应选择滤波电容的容量满足R L C=(3～5)T/2的条件。两个二极管分别与LM7812和LM7912反向并联，取到保护电路的作用。同时在后面有两个发光二极管监视电路。

变 压 整 流 滤 波 稳 压 负 载

2．稳压电路

稳压电路中用三端固定稳压器组成固定电压输出电路，用Ｃ为抗干扰电容，用以旁路在输入导线过长时窜入的高频干扰脉冲，Ｃi 是用来改善输出瞬变特性和防止电路产生自激振荡．所接的二极管对稳压器起保护作用，防止输入端短路时Ｃ2上电荷对稳压器部放电使部输出管击穿而损坏．

三端固定式集成稳压器构成稳压电路时要求输入电压Ｕi 不能过低，

Ｕi —U 0>3V

根据输出电压、电流选用三端集成稳压器及输入电压。

信号发生部分 1.正弦波部分

用文氏桥电路,电路由放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个部分组成。

放大电路应具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻以减少放大电路对选频特性的

影响，使振荡频率几乎仅决定于选频网络，因此通常选用引入电压串联负反馈的放大电路。 正反馈网络的反馈电压U f 是同相比例运算电路的输入电压，因而要把同相比例运算电路作为整体看成电路放大电路，它的比例系数是电压放大倍数，根据起振条件和幅值平衡条件有

311≥+==

R Rf up uo Au Rf ≥2R1 1

1

R Rf RfR R += 且振荡产生正弦波频率

Rc

f π21

0=

正弦波电路参数设计：由于RC 桥式振荡的振荡频率是由RC 网络决定的，因此选择RC 的值时，应把已知的振荡频率作为主要依据。同时，为了使选频网络的特性不受集成放大器输入和输出电阻的影响，选择R 时还应考虑R 应该远远大于集成远放的输出电阻，并且要远远小于集成远放的输入电阻。根据已知条件，由f o =1/（2πRC ）可以计算电容的值，实际应用时要选择稳定性好的电阻和电容。R1和Rf 的值可以由起振条件来确定，通常取Rf=2.1R1，这样可以保证起振又不会使输出波形严重失真。

因为0.2KHz

0=

<20KHz

得≤Ω9.7R Ω≤K 9.7。又因Rf ≥2R1取Rf=2.1R1 11R Rf RfR R +=

可得R1=1

.21.3Rf

。设计R 1要考虑失调电流及其漂移影响，应该取R=R1//Rf 。综合上

述两个条件可以算出R1的值为11.7Ω～11.7K ，则Rf 应为24.49Ω～24.49K 。实际应用时应当调节这两个电阻的值使其满足要求。 ２．正弦波－方波转换部分

正弦波到方波的转换采用的是过零比较器，从集成运放输出端的限幅电路可以知道 U0=±R3/(R3+R2)Uz

由幅值是两伏与及市产的情况，选所以选Uz=±6.2的稳压管，如果选R3为1 K Ώ，则(R3+R2)的值约为3 K Ώ

3. 方波－锯齿波转换部分

此电路由反相输入的过零比较器和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Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+U T 。Uo 通过R3对电容C 正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n 随时间t 的增长而逐渐增高，当t 趋于无穷时，Un 趋于+Uz ；但是，一旦Un ≥0,Uo 从+Uz 跃变为-Uz,与此同时Up 从+Ut 跃变为-Ut 。随后，Uo 又通过R3对电容C 反向充电，如图中虚线箭头所示。Un 随时间逐渐增长而减低，当t 趋于无穷大时，Un 趋于-Uz ；但是，一旦Un ≤0,Uo 就从-Uz 跃变为+Uz ，Up 从-Ut 跃变为+Ut ，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。

±U T =±R 2∕(R 6+R W )U 02m T=2R 6(R 6+R W )C 3∕R 7

运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia ，R6称为平衡电阻。比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc ，低电平等于负电源电压-Vee （|+Vcc|=|-Vee|）, 当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee 跳到高电平Vcc 。

由以上公式可得比较器的电压传输特性.

当输入信号为方波Uo1，则积分器的输出Uo3为214221

()O O U U dt R RP C -=

+⎰

Uo=+Uz,D 5导通,D 6截止，Uo 3=-1/(R 6C)Uz(t1-t0)+Uo(t 0

)

Uo=-Uz,D 6导通,D 5截止,Uo 3=1/(R6+Rw')Uz(t2-t1)+Uo(t 1)

可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度不相等的占空比可调的锯齿波. 经计算，如果选R 6=1k,则R 7=10K ，C=100nF. 锯齿波图与方波图如下：