模电课程设计函数信号发生器

课程设计（论文）

课程名称：模拟电子技术基础课程设计

题目名称：函数信号发生器

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目录

一、设计的目的及任务

1.1 课程设计的目的 (1)

1.2 课程设计的任务与要求 (1)

二、电路设计总方案及各部分电路工作原理 (1)

2.1 电路设计总体方案 (2)

2.2 正弦波发生电路的工作原理 (3)

2.3 正弦波---方波工作原理 (4)

2.4 方波---三角波工作原理 (5)

2.5 三角波---正弦波工作原理 (6)

三、电路仿真及结果 (7)

3.1 正弦波发生原理仿真 (7)

3.2 正弦波---方波工作原理仿真 (8)

3.3 方波---三角波工作原理仿真 (8)

3.4 三角波---正弦波工作原理仿真 (9)

3.5 方波---脉冲波工作原理仿真 (10)

四、收获与体会 (10)

五、仪器仪表明细清单 (11)

参考文献 (12)

一、设计的目的及任务

1.1 课程设计的目的

学习Multisim10仿真软件的使用方法，进一步巩固简易信号发生器的电路结构及电路原理并了解波形的转变方法，掌握模拟电子技术的基本原理，提高电子电路的设计与实验能力。

1.2 课程设计的任务与要求

设计一个函数信号发生器，能输出1kHz的正弦波（两个）、方波和三角波、脉冲波共五种波形。并完成由正弦波→方波→三角波→正弦波（同相）的转化。

二、电路设计总方案及各部分电路工作原理

2.1 电路设计总体方案

电路由一个RC正弦波振荡电路，电压比较器，积分电路，微分电路，低通滤波器组成。

首先，由RC正弦波振荡电路产生一个1KHZ的正弦波振荡信号，经过过零比较器处理后，可输出一个相同频率的方波信号。

其次，方波信号一部分引入到积分电路，经过积分电路的处理，输出端将产生一个相同频率的三角波信号。

再次，另一部分方波输出信号引入到微分电路，经过处理，微分电路输出端将产生脉冲波信号。

最后，由积分电路输出的三角波信号经过低通滤波器的处理，可产生正弦波。至此完成了正弦波→方波→三角波→正弦波的转化。

系统组成框图：

电路原理图：

RC 正弦波振荡电路 电压比较器 积分电路

低通滤波器

正弦波

方波 正弦波

三角波 脉冲波

微分电路

2.2 正弦波发生电路的工作原理

正弦波振荡电路是在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激振荡产生 正弦波输出的电路。它由放大电路、选频网络、正反馈网络、和稳幅环节组成。 由于2/11R R Au +=,故使Au 在开始时使其大于3满足起振条件，电路便会产生自激振荡，因为电路只对fo 的频率信号放大，而对其他的频率信号全部衰减为0，所以输出0f f =的频率信号。 电路原理图：

正弦波参数计算：

频率 01

2f RC

π= 幅频特性

.

||F =

相频特性 001f

arctan ()3F f f f

ϕ=-

2.3 正弦波---方波工作原理

过零比较器 电压传输特性

利用过零比较器将正弦波转化为方波。电路由反相输入的过零比较器和RC 振荡电路电路组成。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=0。

。反相输入端Ui 随时间t 的增长而逐渐增高，当i U 大于零的时候输出Uz ，当i U 小于0的时候输出-Uz ，Uz 由两个对称的稳压管的压降来产生。 由方程 2

/2

()(1)()T R T Z T T U U U e

U -+=+-+- 可求出1

22

22ln(1)R T R C R =+

振荡频率 f=1/T

A

+

-

u i u o

电路原理图：

2.4 方波---三角波工作原理

运用反相积分运算电路来实现方波到三角波的转换。

由于集成运放的同相输入端通过R 接地，由虚短路和虚断路原理可得，

c I

R U i i R

==

输出电压与电容上电压的关系是

0U =c -U

0i 1

U U dt RC =-

⎰

电路原理图：

2.5 三角波---正弦波工作原理 运用同向输入二阶低通滤波电路实现。

低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截至频率的信号不能通过的电子滤波装置。所以，它可将三角波率成正弦波。 22110

(j )11

(j )(1)(1)

(j )1+j 1j o u i U R R A f

U R C R f ωωωω=

=+=++ 式中fo 为特征频率。 令f=0可得通带的截止频率为

1

21R R A up

+=

21(j )(j )

(j )(1)(j )(j )o P

u i i U R U A U R U ωωωωω=

=+

故通带的截止频率为fp=fo 。

电路原理图：

三、电路仿真及结果

3.1 正弦波发生原理仿真

3.2 正弦波---方波工作原理仿真3.3 方波---三角波工作原理仿真