设计制作一个产生正弦波—方波—三角波函数转换器

模拟电路课程设计报告设计课题:设计制作一个产生正弦波—方波—三角波函数转换器专业班级：电信本学生姓名：学号：46指导教师：设计时间： 01/05设计制作一个产生正弦波－方波－锯齿波函数转换器一、设计任务与要求1、?输出波形频率范围为~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、?分别用三个发光二极管显示三种波形输出；??6、用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。

二、方案设计与论证设计要求产生三种不同的波形分别为正弦波、方波、三角波。

正弦波可以通过RC 桥式正弦波振荡电路产生。

正弦波通过滞回比较器可以转换成方波，方波通过一个积分电路可以转换成三角波，只要调节三角波的占空比就可以得到锯齿波。

各个芯片的电源可用直流电源提供。

方案一1、直流电源部分电路图如图1所示图1 直流电源2、波形产生部分方案一： LC 正弦波振荡电路与RC 桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相似的，只是选频网络采用LC 电路。

在LC 振荡电路中，当f=f 0时，放大电路的放大倍数数值最大，而其余频率的信号均被衰减到零；引入正反馈后，使反馈电压作为放大电路的输入电压，以维持输出电压，从而形成正弦波振荡。

方案二1、 直流电源部分同上2、电路图如图2所示正、反积分时间常数可调的积分电路 滞回比较器 LC 正弦波振荡电路图2 正弦波—方波—三角波函数转换电路方案论证LC正弦波振荡电路特别是方案一所采取的电感反馈式振荡电路中N1与N2之间耦合紧密，振幅大；当C采用可变电容时，可以获得调节范围较宽的振荡频率，最高频率可达几十兆赫兹。

由于反馈电压取自电感，对高频信号具有较大的电抗，输出电压波形中常含有高次谐波。

因此，电感反馈式振荡电路常用在对波形要求不高的设备之中，如高频加热器、接受机的本机振荡电路等。

另外由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高，所以放大电路多采用分立元件电路，必要时还应采用共基电路。

因此对于器材的选择及焊接的要求提高了。

相反，RC正弦波振荡电路的振荡频率较低，一般在1MHz以下，它是以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络，以电压串联负反馈放大电路为放大环节，具有振荡频率稳定，带负载能力强，输出电压失真小等优点，因此获得相当广泛的应用。

另外对于器材的要求也不高，都是写常见的的集成块、电容、电位器等。

在布局方面，简单，清晰！综合对比两种方案，我选择第二种方案。

三、单元电路设计与参数计算1、直流电源（1）、整流电路设变压器副边电压U2=wtU sin22, U2为其有效值。

则：输出电压的平均值输出电流的平均值I O(AV)=R L脉动系数 S=)(1AV O M O U U = 2/3= 二极管的选择最大镇流电流I F >LR U π22 最高反向工作电压 U RM >22U（2）、滤波电路U O(AV)=2U 2(1-T/4R L C)当R L C=(3~5)T/2时，U O(AV) =脉动系数为S=TC R T L -4 滤波后的电压： （3）、稳压电路在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电)41(22U U U 2Omin Omax AV O C R T U L -=＋＝）（阻R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。

限流电阻R是必不可少的元件，它既限制稳压管中的电流使其正常工作，又与稳压管相配合以达到稳压的目的。

一般情况下，在电路中如果有稳压管存在，就必然有与之匹配的限流电阻。

1)稳压电路输入电压UI的选择：根据经验，一般选取UI =(2~3)UOUI确定后，就可以根据此值选择整流滤波电路的元件参数。

2)稳压管的选择：UZ =UO;IZmax -IZmin>ILmax-ILmin;稳压管最大稳定电流 IZM >=ILmax+ILmin3）限流电阻R的选择：通过查手册可知：IZMIN <=IDZ<=IZMAX;计算可知:maxR=（U Imin-U Z)/(I Z+I Lmax）Rmin =(UImax-UZ)/(IZM+ILmin)其中变压器用 220V~15V规格的选的三端稳压器为：LM7812、LM7912，整流用的二极管可用1N4007 ，电解电容用3300uf C7与C8可用220Uf电容C3与C3可用 C5与C6可用，发光二极管上的R用 1KΩ。

2、波形转换部分（1）、RC 正弦波振荡电路的参数设计RC 正弦波振荡电路图如图3所示令R2=R’=R图3 RC 正弦波振荡电路F=Uf\Uo=jwc R jwc R jwc /1///1/1//R ++整理可得F=)/1(31wRC wRC j -+ 令W 。

=1/RC,则 f 。

=1/2ПRC,根据起振条件和幅值平衡条件 Au=U 。

/Up=1+Rf/R1≥3，整理得：Rf ≥2R1因为输出波形频率范围为－20KHz,取C=,故R=用5K 的电位器去调，且正弦波的幅值为2V,故R1用10K 的电位器，Rf 用50K 的电位器。

正弦波发生器仿真电路图如图4所示图4 RC 正弦波振荡电路的仿真电路图正弦波——方波转换器实验原理如图5所示图5 正弦波—方波转换器实验原理方框图滞回比较器如图6所示，其电压传输特性如图7所示图6 滞回比较器 图7 电压传输特性方波 滞回比较器 正弦波发生电路电路组成：集成运放uA741,R5,R6图6为一种电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R3起限流作用，R1和R2构成正反馈，运算放大器当Up >Uc 时工作在正饱和区，而当Uc >Up 时工作在负饱和区。

从电路结构可知，当输入电压U ⅰ小于某一负值电压时，输出电压U 。

= -U Z ；当输入电压U ⅰ大于某一电压时，u o = +U Z 。

又由于“虚断”、“虚短”Up =Uc =0，由此可确定出翻转时的输入电压。

u p 用u i 和u o 表示，有21o 1i 221o 2i 1p 1111R R u R u R R R u R u R u ++=++==u n =0 得此时的输入电压U th 称为阈值电压。

滞回电压比较器的直流传递特性如图7所示。

设输入电压初始值小于-U th ，此时u o = -U Z ；增大u i ，当u i =U th 时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。

如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小u i ，当u i = -U th 时，运放则开始进入负饱和区。

由于是正弦波—方波转换电路，输出端加一个限流电阻R7=2K,根据设计要求方波幅值为2V ，因此选择的稳压二极管可选用稳压为的，共两个。

正弦波——方波转换仿真电路图如图8所示图8 正弦波——方波转换仿真电路图方波——锯齿波转换器实验原理如图9所示图9 方波——锯齿波转换器实验原理 方波发生电路 正、反积分时间常数可调的积分电路锯齿波电路组成：（1）积分运算电路积分运算电路如图10所示图10 积分运算电路由于“虚地”， U-=0, 故：Uo=-Uc由于“虚断”，i 1=i C , 故：Ui=i 1R=i c R 得：⎰⎰-=-=-=t u RC t i C u u C C d 1d 1I O ；τ = RC （积分时间常数） 由上式可知，利用积分电路可以实现方波——三角波的波形变换。

(2)占空比可调电路方波—三角波转换电路的仿真图如图11所示图11 方波—三角波转换电路的仿真图由于是方波—三角波波转换电路，因此在第二个集成块的输出端加上个限流阻R5=2K,根据设计要求三角波的峰—峰值为2V ，且占空比可调。

Uo=-R8C 1Uz(t1-t0)+U O (t0) 当Uo=R9)C R81+（Uz(t2-t1)+U O (t1)T=R6R9)C2R82R5+（,取R9、R5为10K的电位器，R8为50K电位器。

解之可得：R6=282/T=282f=~，因此取R6=10K，积分电路中C=220nf,改变占空比的二极管可选用2个1N4007,补偿电阻R12可选取10K，以保证集成运放输入级差分放大电路的对称性。

四、总原理图及元器件清单1、总原理图（1）、直流电流如图12所示图12 直流电源（2）、正弦波—方波—三角波函数转换电路如图13所示图13 正弦波—方波—三角波函数转换电路3、元件清单元件清单如表1所示表元件清单装与调试11）、按所设计得电路图在电路板上做好布局，准备焊接电路板。

（2）、用万用表测得输出为+和，与理论值有一定的误差；并且测出7812、7912输入与输出的压差分别为+和，并记录。

2、正弦波、方波、三角波波形转换（1）、按照设计好的电路图正确地布局好电路，焊接电路板.（2）、经“起振”调试后用示波器可测得各输出端的波形，并记录。

（3）、用示波器读出格数，计算峰—峰值；然后用数字毫伏表读出其有效值，并记录。

(4)、调节各个电位器，用函数发生器的输入端测出各个波形的频率范围，并记录。

六、性能测试与分析1、直流电源部分输出：+，。

稳压块电势差：LM7812为，LM7912为。

误差分析：LM7812端的输出：（）/12⨯100 %=%。

LM7912端的输出：（）/12⨯100 %=%。

2、波形转换部分经“起振”调试后用示波器可测得各输出端的波形，并记录。

用示波器读出格数，计算峰—峰值；然后用数字毫伏表读出其有效值，并记录。

调节各个电位器，用函数发生器的输入端测出各个波形的频率范围，并记录。

数据记录：（1）、正弦波（幅值可调、频率可调）峰-峰值：Up-p=2⨯2=4V 有效值为：U=4/22=频率调节范围为：—相对误差：（）/⨯%=%（2）、方波峰-峰值：Up-p=⨯=5V 有效值为：U=5/22=相对误差：||/2⨯100%=25%（3）、三角波峰-峰值：Up-p=2⨯2V=4V 有效值为：U=4/22=相对误差：|2-2|/2⨯100%=0误差分析：1、电路参数选择不合理2、焊电路板的时候，焊点时间太长了，影响了器件的阻值3、焊点不紧凑4、直流电源输出的信号不是标准的±12V5、读数时未正视6、电位器太多了，不便于调节七．结论与心得实验结果：1、若正弦波失真，可调电位器R1,若不能稳幅，则调电位器Rf。

2、调节电位器的滑动端可以改变占空比。

3、调节RC串并联网络的电位器可改变正弦波的频率。

心得：这次的课程设计的方案很快就出来了，可是，由于电位器太多了，特别不好调试。

调了一天才终于调试出来，虽然久，但是心里还是有一点的成就感，因为从小就对电有种恐惧感。

这次的课程设计我学到了很多，不仅仅是课内的知识，比如，我们必须将所学的理论知识同客观实际相结合，才能真正的学好！而且，团队合作在试验中有着举足轻重的重要。