正弦波与方波的相互转换

物理与电子工程学院

课题设计报告

课题名称：正弦函数发生器设计

组别：20组

组长：2011级会

组员：2011级胡原彬

组员：2011级廖秋伟

2013年7月10日

目录

一．设计要求 (3)

二．总体设计 (3)

三．设计方案 (3)

㈠用运算放大器产生1000HZ的正弦信号 (3)

㈡将正弦波转换为方波 (3)

㈢将方波转换为正弦波 (4)

㈣还原波形 (4)

四．设计步骤及参数的确定 (4)

㈠用运算放大器产生1000HZ的正弦信号 (4)

㈡正弦波转换为方波 (4)

㈢方波转换为正弦波 (5)

㈣还原波形 (5)

㈤整体电路原理图 (6)

五．实验仿真结果 (6)

㈠正弦波产生且换为方波再换为正弦波的波形 (6)

㈡用放大器放大振幅还原后的波形 (7)

六．电路板的制作 (7)

㈠画图 (7)

㈡元器件清单 (8)

㈢实物焊接 (8)

七．电路的调试 (8)

㈠电路连接 (8)

㈡波形测量 (8)

㈢数据的记录 (8)

八．总结 (9)

㈠设计过程中遇到的问题 (9)

㈡心得体会 (10)

正弦函数发生器

一．设计要求

1. 用运算放大器产生一个1000HZ 的正弦波信号。

2. 将此正弦波转换为方波。

3. 再将此方波转换为正弦波。

4.

限用一片LM324和电阻、电容。

二．总体设计

总体设计大体上可分为四个模块：

1. 用振荡电路产生1000HZ 的正弦波信号；

2. 用一个过零比较器把正弦波变为方波；

3. 用RC 滤波电路从方波中滤出正弦波；

4. 检测波形用放大器还原振幅。

三．设计方案

㈠用运算放大器产生1000HZ 的正弦信号

用RC 和一个运放组成文氏电桥振荡电路，调节RC 选频电路来产生1000HZ 的正弦波。

㈡ 将正弦波转换为方波

用一个运放接成过零比较器就可以把正弦波转换为方波。但会存在少许误差。

㈢将方波转换为正弦波

用电阻和电容组成RC滤波电路，选择合适的数据参数就能实现把方波变为正弦波。㈣还原波形

用一个同相放大器把波形的幅度放大还原。

四．设计步骤及参数的确定

㈠用运算放大器产生1000HZ的正弦信号

用电阻、电容、二极管和一个运放组成文氏电桥振荡电路，电路图如下。

参数选择中最重要的是R6和C2的值选择，因为它们是选频电路。f=1/2ΠRC 。

f=1000HZ，所以可以确定RC的值。

㈡正弦波转换为方波

用一个运放接成过零比较器如下图，通向端接信号输入，反向端接地。只要输入信号电压大于或小于零，信号就发生跳变，可以把正弦波转换为方波。

㈢方波转换为正弦波

用电阻和电容接成RC滤波电路。在R2和C3过后的节点处波形是三角波，最后输出是正弦波。

㈣还原波形

1.在RC滤波电路输出的正弦波，幅度变小了约9倍的样子，用一个同向放大器放大它的幅度。

2.因为同向放大器的放大倍数为：A=1+R12/R11 。所以确定R11=8k欧姆，R12=1k 欧姆。

㈤整体电路原理图

五．实验仿真结果

㈠正弦波产生且换为方波再换为正弦波的波形

注：红色为震荡产生的正弦波，蓝色为正弦波转换成的方波，白色为方波转换成的正弦波。

振荡电路产生的正弦波：

振幅：9.8V ，频率：1000HZ 。

由方波转换的正弦波：

振幅：1.1V 频率1000HZ。

㈡用放大器放大振幅还原后的波形

放大还原后的正弦波：

幅度：9.8V；频率：1000HZ。

六．电路板的制作

㈠画图

在DXP软件中画出上面已近仿真成功的原理图，选择封装，转换成PCB模式。整理PCB 版面上的元件布局，尽量避免导线的交叉。

㈡元器件清单

元器件名称型号参数

(欧姆)

数量

（个）

电阻5.1K 1 2.7K 1 1K 2 10K 2

㈢实物焊接

按照上面的布局排列实物电路板，依据PCB板的线路分布焊接电路。注意焊接时不要短路和外接电源、接地的接口的焊接，并把要测试的信号用导线引到排针上方便测试。

七．电路的调试

㈠电路连接

用±12V 的恒压源连接到电路板的正负电源接口，把电路板接地端接地。

㈡波形测量

用示波器观测振荡器产生的正弦波、方波、转换后的正弦波和放大还原的正弦波。注意调节电位器。

㈢数据的记录

㈣数据结果分析

我们用振荡器产生了频率1000HZ 振幅9.8V的正弦波，经过过零比较器后变为频率1000HZ 振幅13.4V的方波，在经过我们的滤波电路，把方波转换为频率1000HZ 振幅

1.1V的正弦波，最后经放大器放大还原为频率1000HZ 振幅9.8V的正弦波。虽然实际值和理论值有一些小小的误差，但实验还是得到了正确的结果。

八．总结

㈠设计过程中遇到的问题

因为第一次做类似的设计电路，很多地方不清楚，都是在摸索中进行的。遇到了很多大小的问题。比如:

1.电路图自己设计很困难，在查找电路图时很多都不能实现，这些电路对于我们不适用。

2.元件的参数确定是大多是参照我们查找的电路，稍作修改。自己很少从设计的角度来理论计算。

3.仿真时有时候是正确的波形，感觉没有动它一会儿又出了问题。

4.在焊接电路板时，各个元件的引脚很细很密，容易短路。第一次焊接完了去调试时，用示波器在元件中寻找波形很不方便，而且没有波形。我们再次检查并把要检测的信号用导线连接到排针上方便检测。

5.第二次检测时感觉是那些地方短路了，做了修改后再去检测，后面几步都有波形但是第一步（振荡器）没有成形的正弦波。我们认为是振荡器的两个电位器的阻值没调好。

6.我们在电路板上用到了4个电位器，最初我们不知道电位器怎么调节是变大或变小，只有一通乱调，后来才想到用万用表测它的电阻。

7.最初我们的电位器只用到了两个引脚，认为连接方式和滑动变阻器类似，后来听说得三个脚都用到，中间和两侧中的一个串联再外接。

8.经过种种改善和调试都不行，我们打算新做了一个电路板，在焊接的时候我没看见新的LM324n芯片，想把它换在旧板上试一试，结果调试出了波形，虽然最后的正弦波有失真，但前面振荡器产生的正弦波和方波都是可以的，频率都可以通过电位器调到1000HZ ,幅值也可以调节。主要是最后的转换后的正弦波有些失真，放大后也存在失真。

9.由于失真，我们检查后把电容C3由原来的1.2uF 改为1uF（好像C3电容原本不是它所标注的1.2uF），波形不失真，但是最后放大器放大的幅度只能达到初始正弦波的1/2，再调大就波峰就截止了。我们有尝试改小电容C4和C5。

10. 为了进一步完善，我们把相关的电阻和电容测量一下并适当替换。在调整后又拿去调试，仔细调节电位器，终于得到了正确的结果！

11..同时我们也没停下第二块的电路板的制作，希望第二块能吸取第一块的经验做的更完善。但第二块也许是没有充足的精力和时间，波形还是存在失真，我们决定还是采用第一块电路板。

㈡心得体会

第一次设计制作电路，虽然遇到了很多现在看来很低级的错误，也好像花了很多的时间做了无用功，但是却让我们熟悉相关软件和制作的过程，了解相关的制作方法，重温了以前模电学习的相关放大器、振荡电路、滤波等等的原理，打下了电路板制作的一