设计制作一个产生正弦波方波三角波函数转换器

设计制作一个产生正弦波方波三角波函数转换

器

Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】

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：47

指导教师：

设计时间： 1月7日

设计制作一个产生正弦波－方波－三角波函数转换器

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

设计要求为实现正弦波-方波-锯齿波之间的转换。正弦波可以通过RC 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，三角波的占空比只要求可调即可。各个芯片的电源可用±12V 直流电源提供，并备用了两套方案设计。 方案一:

方案一电路方框图如图1所示。

图

1 方案一方框图

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:

方案二电路方框图如图2所示。

滞回比较器

积分电路

RC 正弦波振荡

电路

积分电路

图2 方案二方框图

方案二仿真电路如图3所示。

图3 方案二仿真电路图

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，并且器材总价格也增加了。

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

)1j()1(1

j 11j 1j 11

22112212

211

222

212f C R C R C C R R C R C R C R R U U F ωωωωω-+++

=++++=

Z +Z Z == 用。另外对于器材的要求也不高，只需集成块、电容、电位器等组成即可。在焊接方面，直接、美观、大方！在器材总价格方面，相比第一种方案更为实惠。

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 （一）单元电路设计

1.正弦波发生器实验原理 （1）RC 串并联选频网络。

取 R 1 = R 2 = R ， C 1 = C 2 = C ，令 则： 得 RC 串并联电路的幅频特性为： 相频特性为：

最大，F = 0。 （2）振荡频率与起振条件 1）振荡频率 2）起振条件

当f = f0 时， 由振荡条件知：

所以起振条件为： 同相比例运放的电压放大倍数为： 即要求： RC 10=ωRC f π210=)j(3100ω

ωωω-+=F 2

002)(31ω

ωωω-+=

F 3arctg 00F ωω

ωωϕ--=时，当RC

1

0==ωω31=F RC

f π210=

3

1=

F 1>F A 3>A

R R A u '+=F

f

1R R '

>2F

3）稳幅环节：反馈电阻的热敏R F 采用负温度系数电阻，R1采用正温系数的热敏电阻，均可实现自动稳幅。或者在R F 回路中串联二个并联的二极管也可以自动稳幅。

正弦波发生器仿真电路图4所示。

图4正弦波发生器仿真电路图

2.正弦波—方波转换器实验原理 正弦波—方波转换器方框图如图5所示。

图5 正弦波—方波转换器方框图 （1）电路组成：

1）滞回比较器：集成运方、R11、R8.

图6为一种电压比较器电路，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 i 小于某一负值电压时，输出电压u o = -U Z ；当

滞回比较器 方波

正弦波发生电

路

输入电压u i 大于某一电压时，u o = +U Z 。又由于“虚断”、“虚短”u p =u n =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

2

1o 1i

22

1o

2

i 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

th Z 2

1o 21i 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。

图6电压比较器电路 图7 滞回电压比较器的直流传递特性

（2）正弦波—方波转换仿真电路图

正弦波—方波转换仿真电路如图8所示。