正弦波-方波-三角波函数转换器

课程设计名称：电子课程设计

课程设计题目：设计制作一个产生正弦波-方波-三角波函数转换器学院名称：信息工程学院

专业：班级：

学号：姓名：

评分：教师：

20 13 －20 14 学年第 1 学期第 1 周－ 3 周

注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

摘要

在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。用三角波，方波发生电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。因此，本设计意在用LM324放大器设计一个产生正弦波-方波-三角波的函数转换器。为了使这三种波形实现转换，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。从而实现转换器的设计。

关键字：放大器、波形转换、同相滞回比较、电路积分电路、滤波电路

目录

前言 (1)

第一章设计要求 (2)

1.1 设计内容及要求 (2)

第二章系统组成及原理 (3)

2.1 方案一 (3)

2.2 方案二 (3)

第三章单元电路设计与计算 (5)

3.1 单元电路设计 (5)

3.1.1 正弦波发生器实验原理 (5)

3.1.2 正弦波—方波转换器实验原理 (6)

3.1.3 方波—三角波转换器实验原理 (8)

3.1.4 直流电源电路原理 (9)

3.2 三角波正弦波转换电路 (11)

3.2.1 直流电源的参数设计 (11)

3.2.2RC正弦波振荡电路的参数设计 (11)

3.2.3 方波电路的参数设计 (11)

3.2.4 三角波电路的参数设计 (11)

第四章安装与调试 (12)

第五章性能测试及分析 (13)

第六章结论与心得 (14)

6.1 实验结论 (14)

6.2 心得体会 (14)

参考文献 (15)

附录 (16)

1 总原理图 (16)

2 芯片管脚图 (17)

3 原件清单 (17)

前言

现今世界中电子技术与电子产品的应用越加广泛，人们对电子技术的要求也越来越高。因此如何根据实际要求设计出简便实用的电子技术物品便显得尤为重要。灵活、快速的选用不同特征的信号源成了现代测量技术值得深入研究的课题。能将简单的易获取的信号转换为自己所需的复杂信号是一项必不可少的技术。我们有必要做好这相关方面的研究，为被测电路提供所需要的信号及各种波形，以便完成各种相关试验。信号源在各种试验应用和实验测试处理中，仿真各种测试信号，提供给被测电路，用来满足实验的各种要求。

本文所设计的波形发生器就是信号源的一种，采用集成运算放大器、电阻和电容组成简单的电路，实现波形的产生和转换。

第一章、设计要求

1.1 设计内容及要求

1.输出波形频率范围为0.2KHz~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；

第二章、系统的组成及工作原理

设计要求为实现正弦波-方波-三角波之间的转换。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。

2.1方案一

方案一电路方框图如图2.1所示。

图2.1 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。

2.2 方案二

方案二电路方框图如图2.2所示。

图2.2方案二方框图

方案二仿真电路如图2.3所示。

图2.3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，选择第二种方案。

)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 == 第三章 单元电路设计与参数计算

3.1单元电路设计

3.1.1正弦波发生器实验原理

（1）RC 串并联选频网络。

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，ϕF = 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： 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。

RC

10=ωRC

f π21

0=)j(

31

0ω

ωωω-+=F

2

002)(

31ω

ωωω-+=F 3arctg 00F ωωωωϕ--=时，

当RC 1

0==ωω3

1=F

RC

f π210=

31=F 1>F A 3>A

R R A u '

+=F

f

1R R '>2F