设计题目：如何实现正弦波、方波与三角波信号之间的变换

内蒙古工业大学信息工程学院

课程学习报告

设计题目：如何实现正弦波、方波与三角波信号之间的变换

课程名称：模拟电子技术

班级：通信10-1 班

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成绩：

指导教师：

设计题目：如何实现正弦波、方波与三角波信号之间的变换

一、课题设计任务与要求

1、输出电压：0-1V之间

2、频率范围：20Hz-20kHz之间

3、信号频率：1KHz的正弦波、2KHz的方波和三角波

任务如下：

1KHz的正弦波

2KHz

2KHz的方波

2KHz

二、总体电路设方案

(1)函数信号发生器设计思路

①产生正弦波可以通过RC文氏电桥正弦波振荡电路，通过控制RC的值达到选频即控制频率大小的目的。

②产生的方波经RC积分电路后输出，得到三角波，为调节幅值，则用电压跟随器隔离三角波输出端，再用电位器接在运放输出端调节电压输出幅值。

③要先产生方波，就必须先用电压比较器和稳压管组成方波产生电路，为调节幅值，则用专用的电压跟随器隔离方波产生端，再用电位器接在运放输出端调节电压输出幅值。

(2)函数信号发生器原理

函数信号发生器是一种用来产生特定需要波形信号的装置，比较常见的有方波、三角波、正弦波和锯齿波发生器。本实验用来产生正弦波--方波--三角波信号。

正弦波发生器：采用RC桥式振荡电路实现输出为正弦波。

②正弦波转换成方波发生器:采用电压比较器与稳压管相结合，实现输出为方波。

③方波转三角波发生电路：将RC积分电路与运放结合，实现方波转三角波。

（图一）正弦波发生电路图

（图二）正弦波转换成方波发生电路图

（图三）方波转换成三角波发生电路图错误!未指定书签。

三、电路设计与原理说明

1、正弦波发生电路的工作原理

正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，我们一般在放大电路中引入正反馈，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。其中：接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有稳幅特性。因此，正弦波产生电路一般包括：放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅电路等各部分。

RC文氏电桥的正弦波振荡电路中，RC为串、并联选频网络，接于运算放大器的输出与同相输入端之间，构成正反馈，以产生正弦自激振荡。其余部分是带

有负反馈的同相放大电路，R

1、R

2

、R

p

构成负反馈网络，调节R

p

课改变负反馈的

反馈系数，从而调节放大电路的电压增益，使其满足振荡的幅值条件。图中二极

管D

1、D

2

的作用是有利于正弦波的起振和稳定输出幅值，改善输出波形。当输出

电压V

0的幅值很小时，D

1

、D

2

开路，等效电阻R

f

较大，A

vf

=V

o

/V

p

=（R

1

+R

f

）/R1较

大，有利于起振；而当输出电压V

0的幅值较大时，二极管D

1

、D

2

导通，R

f

减小，

A vf 随之下降，v

幅值趋于稳定。

2、正弦波转方波发生电路的工作原理

在单限比较器中，输入电压在阀值电压附近的任何微小变化，都将引起输出电压的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。而滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，

因此也就具有一定的抗干扰能力。从反向输入端输人的滞回比较器电路如图1a 所示，滞回比较器电路中引人了正反馈。从集成运放输出端的限幅电路可以看出，UO＝±UZ。集成运放反相输人端电位UP＝UI同相输入端电位

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Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+Ut。Uo通过R3对电容C正向充电，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=+Ut,再稍增大，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=-Ut,再减小，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。

本电路中该电路的作用是将正弦信号转变成方波信号，其传输特性曲线如下图所示：

正弦波传输特性

3、方波转三角波电路

若a点断开，整个电路呈开环状态。运算发大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。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，R1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。

当输入信号为方波时，其输出信号为三角波，电路波形图如下：