多种波形发生器_设计论文

《电子技术》

课程设计说明书

题目名称：多种波形发生器的设计姓名：xxx

学号：xxx

班级：xxx

指导教师：xxx

2013年 1 月 4 日

摘要

波形发生器是一种能够产生大量标准信号和用户定义信号，具有高精度、可重复性、易操作性、对频率、幅值、相移、波形进行动态及时的控制的一类新型信号源。

本设计的设计方案是把滞回比较器和积分器首尾相接组成一个正反馈闭环系统，则比较器输出的方波经过积分器可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成法波；三角波—正弦波的转换电路主要由差分放大电路来完成，差分放大电路具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效抑制零点漂移，因此可以将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。

关键词：信号源；滞回比较器；积分器；波形发生器

多种波形发生器的设计背景

波形发生器是随着众多领域对于复杂的、可由用户定义的测试波形的需要而形成和发展起来的，它的主要特点是可以产生任何一种特殊波形，输出信号的频率、电平以及平滑低通滤波的截至频率也可以作到程序设置，因此在机械性能分析、雷达和导航、自动测试系统等方面得到广泛的应用。而对AWG的控制、数据传输、输出信号的频率和电平设置都可以通过微机打印口在EPP工作模式下设计完成。这样不仅具有设计简单，占用微机资源较少的优点，而且操作简单，使用方便，易于硬件升级。

波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，具有高精度、可重复性、易操作性、连续的相位变换和频率稳定性，还可以对频率、幅值、相移、波形进行动态及时的控制。随着不断进步的计算机技术和微电子技术在测量仪器中的应用而形成和发展起来的一类新型信号源。

目录

1.摘要 (2)

1.设计目的 (4)

2.设计任务、要求及设计内容 (4)

2.1任务 (4)

2.2要求 (4)

2.3设计方案 (5)

3. 多种波形发生器原理电路设计 (5)

3.1各方案原理框图及论证 (5)

3.2电路图和接线图及工作原理 (6)

3.3各部分电路设计 (8)

3.4 电路的参数选择及计算 (13)

3.5电路仿真 (15)

3.6系统仿真结果、数据分析和处理结果、报告 (17)

3.7 方波---三角波发生电路的实验结果 (19)

3.8三角波---正弦波发转换电路的实验结果 (19)

3.9 实测电路波形、误差分析及改进方法 (20)

4. 仪器仪表明细清单 (20)

5.总结 (21)

6. 主要参考文献 (21)

一、设计目的

（1）对波形的产生及与变换电路有关的电子电路知识有大致的理解。

（2）能对多种波形信号输出的波形发生器有一定的认识，知道其功用。

（3）通过平日的学习，找到正弦波等振荡电路的振荡条件。

（4）学会使用EDA软件Multisim对电子电路进行仿真设计，并准确画出框图

（5）学习波形产生、变换电路的应用及设计方法以及主要技术指标的测试方法。（6）提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力，学会撰写课程

设计总结报告；培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

二、设计任务、要求及设计内容

2.1任务

设计并制作能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。

2.2要求

2.2.1技术要求

（1）通过发挥自己的创造性，有所发挥，并力求设计方案凝练可行、思路独特、效果良好：

（2）输出的各种波形工作频率范围0.02Hz~20kHz连续可调；

（3）正弦波幅值V

±，失真度小于1.5%；

10

（4）方波幅值V

±；

10

（5）三角波峰—峰值20V；

（6）设计电路所需的直流电源；

（7）用EDA软件设计；

2.2.2设计要求

（1）分析设计要求，明确性能指标。构思出各种总体方案，绘制结构框图。

（2）确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、并考虑器件的来源，敲定可行方案。

（3）设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。

（4）组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

2.3设计方案

波形产生电路通常可采用多种不同电路形式和元器件获得所要求的波形信号输出。波形产生电路的关键部分是振荡器，而设计振荡器电路的关键是选择有源器件，确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。具体设计可参考以下思路。

①用正弦波振荡器产生正弦波输出，正弦波信号通过变换电路得方波输出（例如用施密特触发器），用积分电路将方波变换成三角波或锯齿波输出；

②利用多谐振荡器产生方波信号输出，用积分电路将方波变换成三角波输出，用折线近似法将三角波变换成正弦波输出；

③用多谐振荡器产方波输出，方波经滤波电路可得正弦波输出，方波经积分电路可得三角波输出；

④利用单片函数发生器568038，集成振荡器E1648及集成定时器555/556等可灵活地组成各种波形产生电路。

三、多种波形发生器原理电路设计

3.1各方案原理框图及论证

（1）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f0=1/(2 RC)，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或锯齿波信号输出。

（2）方案二，框图如下图2所示：