方波正弦波三角波转换器

毕业论文综合实践报告

第一章、系统的组成及工作原理

1.1系统组成

本设计的方波—三角波转换电路由同相滞回比较电路和积分电路两部分组成。

图1—1 方波三角波发生电路

三角波正弦波转换电路由滤波电路完成。

题目

设计制作一个产生方波-三角波-正弦波函数转换器

内容及要求

1 输出波形频率范围为0.02Hz~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 设计电路所需的直流电源可用实验室电源。

摘要

波形发生器已经越来越广泛的运用到我门的日常生活、航空航天、医疗技术地理气象检测等等科学领域。随着科技的进步和社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的要求。为了能够更好的掌握在书本所学到的相关知识，以备以后在工作中运用所需，们今天设计的正是多种波形发生器。

同相滞回比较电路

积分电路

三角波

图1—2 正弦波发生电路

1.2工作原理

本文所设计的电路是通过集成运算放大器长生不同的波形，先通过同相滞回比较电路产生方波，然后方波通过积分电路转换成三角波，最后由滤波电路将三角波转换成正弦波,从而完成波形的转换。

角波发生电路是通过R 1调节方波的幅值，R 2、R 3调节方波的频率，R 4调节三角波

的峰峰值R 5调节三角波的占空比。

三角波输入滤波电路后通过滤波作用将三角波转换成正弦波，输出正弦波的幅值由R 6、R 7、R 8调节.

第二章、电路方案设计

方案一：

方案一电路由方波—三角波转换电路和三角波—正弦波转换电路组成。

2.1、方波—三角波转换电路如图

3.1所示。

该电路由同相滞回比较电路和积分电路组成。滞回比较器输出电压U 01在t 0时刻由-Uz 跃变为+Uz(为第一暂态)，此时积分电路进行反向积分，输出电压u 0呈线性下降，当u 0下降到滞回比较器的阈值电压-U T 时即t 1时刻,滞回比较器的输出的电压U 01从+Uz 跃变到-Uz （为第二暂态）。此后，积分电路进行正向积分，u 0呈线性上升，当u 0上升到滞回比较器的阈值电压+U T 时即t 2时刻,u 01从-Uz 又跃变回到+Uz ，即返回第一暂态，电路又开始反向积分。如此周而复始，产生振荡。

三角波

滤波电路

正弦波

图 2.1

2.2、三角波—正弦波转换电路如图2.2所示。

将三角波展开为傅里叶级数可知，它含有基波和3次 5次等奇次谐波，因此通过低通滤波器去除基波，滤除高次谐波，可将三角波转换成正弦波。这种方法适用于固定频率或频率变化很小的场合。电路框图如下左图所示。输入电压和输出电压的波形如下右图所示，U0的频率等于UI基波的频率。

将三角波按傅里叶级数展开

UI(wt)=8/（π*π）Um(sin wt-1/9sin 3wt+1/25sin 5wt-…) 其中Um是三角波的幅值。

图2.2

方案二：

方案二的方波—三角波转换电路与方案一相同，三角波—正弦波转换电路采用折线近似法，电路图如图3.3所示。

图2.3

方案论证：我选的是第一个方案，上述两个方案都能实现三种波形的产生和转

换。但是，可以明显的看出方案二的电路比方案一的电路复杂，需要较多的元件。方案一电路比较简单利于焊接，需要的元器件也比较少，但是也有一点缺陷，在调节波形的频率时有一定的限度，在使用R2、R3调节波形的频率时会影响正弦波的幅值。

第三章、元件设计

3.1、方波—三角波转换电路元件

设计要求方波的幅值为±2V ，则可令稳压管的稳压值为2V 且R1为100K Ω的电位器。三角波的幅值为±1V ，则

)1()12(1

)64(1

t Uo t t Uz C R R Uo +-+-

=

其中R6=0.5R5,可令电容C=1uf ，根据所求结果可令R4、R5均为1K Ω的电位器，因为要求三角波的占空比可调，所以R4和R5之间用两个二极管以相反的方向连接。

设计要求最终输出的信号为0.02Hz~20KHz 。

1)64(2

321C R R R R T f +≈= 可求得R2=50K Ω，R3=1Ω。

3.2、三角波—正弦波转换电路元件

通过仿真为使正弦波的幅值可大范围调节可令R6为100K Ω的电位器，而R7=R8=1K Ω，电容C 的大小为1uf 。

第四章、实验分析

4.1、安装与调试

先在电路板上做好布局，然后进行焊接。焊接好电路到实验室进行调试，初次调试无法出现波形，且过一段时间后芯片开始发热，检查后发现是电源连接方法错误，调整后出现波形，但幅值和频率没有达到要求，调节变位器R1使输出方波的峰峰值为4V左右，调节变位器R2、R3改变信号的频率使其达到要求，然后通过改变R4的阻值使三角波的峰峰值为2V左右，最后调节R6的阻值使正弦波的峰峰值为4V 左右。调节R5的阻值可以改变三角波的占空比。

4.2、性能测试及分析

4.2.1、方波三角波

方波

测试结果要求误差峰峰值（V） 4.19V 4V 0.0475 频率0.6KHz~11KHz 0.2KHz~20KHz

三角波

测试结果要求误差峰峰值(V) 1.44V 2V -0.28 频率0.6KHz~11KHz 0.02Hz~20KHz

5.2.2、正弦波

测试结果要求误差峰峰值（V） 3.82 4 -0.045 频率0.6KHz~11KHz 0.02Hz~20KHz

误差分析：

1、参数设计有点问题并不完美；

2 、测量仪器本身有问题导致所测数据不能满足要求；

3 、焊接电路时焊点处有电阻被忽略，连接的线路也有电阻；

4 、调试时间过长电路温度升高，使得一些元件的电阻发生变化；