方波三角波正弦波锯齿波发生器

方波三角波正弦波锯齿波

发生器

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电子工程设

计报告

目录

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－20KHz范围内且连续可调；

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

原理框图

图1 方波、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

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RC 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U TH2。输出信号通过R 对电容C １正向充电，充电波形如图3箭头所示。当该电压上升到 ＵTH2时，电路的输出电压变为－U Z,门限电压也容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

图３ 方波信号发生波形 方波--三角波转换电路的工作原理

１.电路的组成

图4 积分电路产生三角波

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ＲＣ积分电路就可以组成三角波信号发生器。如图４

充放电波形

U TH2 U TH1

O

该电路的工作原理是：方波信号发生器输出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.Ｒp1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５

图５三角波

２.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 TH=R1Uz/R2

设积分电路的输出电压从+Uom到－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)

三角波--正弦波转换电路的工作原理

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

方波—锯齿波转换电路的工作原理

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)C１；当输入为－Uz时，D3断，D4通，积分电路的时间常数为R(6到１２)C１.可得