方波 三角波波形发生器的设计

西安文理学院物理与机械电子工程学院

课程设计报告

专业班级

课程电子技术课程设计

题目方波三角波波形发生器的设计

学号

学生姓名

指导教师

2013年12

西安文理学院机械电子工程系

课程设计任务书

学生姓名专业班级学号

指导教师职称教研室自动化

课程电子技术课程设计

题目方波、三角波波形发生器的设计

任务与要求

任务：

设计能产生方波、三角波波形信号输出的波形发生器。

1．输出的各种波形工作频率范围0.02Hz～10k Hz连续可调；

2．方波幅值10V；

3．三角波峰-峰值20V；各种输出波形幅值均连续可调；

4．设计电路所需的直流电源。

要求：

1.根据设计任务和指标，初选电路；

2.通过调查研究、设计计算，确定电路方案。

开始日期 2013.12.13 完成日期 2013.12.27

2013年 12 月 27 日

目录

设计目的 (4)

设计任务和要求 (4)

总体设计方案 (5)

功能模块设计与分析 (10)

电路的安装与调试 (14)

实验仪器及元器件清单 (14)

心得体会 (16)

一、设计目的

1.掌握方波—三角波产生电路的设计方法及工作原理；

2.掌握电子系统的一般设计方法；

3.掌握常用原件的识别和测试；

4.掌握模拟电路的安装测量与调试的基本技能；

5.培养实事求是，严谨的工作态度和严肃的工作作风。

二、设计任务和要求

任务：

设计能产生方波、三角波波形信号输出的波形发生器。

1.方波幅值10V；

2.输出的各种波形工作频率范围0.02Hz~10k Hz连续可调；

3.三角波峰-峰值20；各种输出波形幅值均连续可调；

4.设计电路所需的直流电源。

要求：

1.根据设计任务和指标，初选电路；

2.通过调查研究、设计计算，确定电路方案。

三．总体设计方案

方案一，框图如下图1所示：

正弦波信号

方波信号

三角波信号

图1 多种波形发生器原理框图（方案一）

文氏桥振荡器（RC串-并联正弦振荡器）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，其振荡频率为f

=1/(2πRC)，改变RC的值，

可得到不同频率的正弦信号输出。为了使输出电压稳定，需采用稳幅措施。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

三角波信号

图中利用滞回比较器的开关作用和具有延时作用的RC反馈网络构成多谐振器，用积分电路将方波变换成三角波信号输出。

方案三，由5G8038组成的多量程、多功能信号发生器。其电路的输出信号频率可以在1Hz以下至几百KHz范围内调节，压控信号可内部选择，也可外接。输出信号可直接从2、3、9角高阻输出，也可以通过5G353低阻输出。图中利用滞回比较器的开关作用和具有延时作用的RC反馈网络构成多谐振器，用积分电路将方波变换成三角波信号.

论证：经分析方案一结构复杂，不易于调试，不能很快的得到电路波形。方案三可同时产生方波、三角波，该信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便。555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是R2→R3→RP →C2；C2的放电回路是C2→RP→R3→IC的7脚(放电管)。由于R3+RP》R2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为1KHZ左右，调节电位器RP可改变振荡器的频率。方波信号经R4、C5积分网络后，输出三角波。三角波再经R5、C6积分网络，输出近似的正弦波。C1是电源滤波电容。发光二极管VD用作电源。方案二操作简便，方案一同方案二比较，对于三角波的产生有一定的麻烦，因为题目需要频率为连续可调，但幅度稳定性难以达到要求；方案二由于采用运算放大器组成积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大为改善。由此，本设计采用方案二。能在简易环境下得到很清晰的波形。

综上,选择方案二。

四、功能模块设计与分析 1. 总电路图设计

2.单元电路图的设计

⑴.滞回电压比较器

图10-1为一种滞回电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R 3起限流作用，R 2和R 1构成正反馈，运算放大器当u p >u n 时工作在正饱和区，而当u n >u p 时工作在负饱和区。从电路结构可知，当输入电压u in 小于某一负值电压时，输出电压u o = -U Z ；当输入电压u in 大于某一电压时，u o = +U Z 。运算放大器在两个饱和区翻转时u p =u n =0，由此可确定出翻转时的输入电压。u p 用u in 和u o 表示，有

2

1o 1in

22

1o

2

in 1p 111

1R R u R u R R R u R u R u ++=++= 根据翻转条件，令上式右方为零，得此时的输入电压

th Z 2

1o 21in U U R R

u R R u m m ===

U th 称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图10-2所示。设输入电压初始值小于-U th ，此时u o = -U Z ；增大u in ，当u in =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 in ，当u in = -U th 时，运放则开始进入负饱和区。

图10-1 滞回电压比较器 图10-2 滞回电压比较器的直流传递特性

如果给图10-1所示电路输入三角波电压，其幅值大于U th ，设t = 0时，u o = -U Z

其输出波形如图10-3所示。可见，输出为方波。

图10-3 输入为三角波时滞回电压比较器的输出波形．

⑵.

方波——三角波发生器

给图10-1所示的滞回电压比较器级联一积分器，再将积分器的输出作为比较器的输入，如图10-4所示。由于积分器可将方波变为三角波，而比较器的输入又正好为三角波，因此可定性判断出，图10-4电路的输出电压u o1为方波，u o2为三角