设计制作一个产生正弦波方波三角波函数转换器

精心整理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：46
指导教师：
设计时间：01/05
一、设计任务与要求
1、?输出波形频率范围为
2、?正弦波幅值为±2V；
3、?
4、?
5、???
612V）。

二、方案设计与论证
设计要求产生三种不同的波形分别为正弦波、方波、三角波。

正弦波可以通过RC桥式正弦波振荡电路产生。

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，只要调节三角波的占空比就可以得到锯齿波。

各个芯片的电源可用直流电源提供。

方案一
1、直流电源部分
电路图如图1所示
图1直流电源
2、波形产生部分
方案一：
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
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
1、直流电源部分同上
2、电路图如图2所示
图2
方案论证
LC振幅大；当C采用可变电容时，由于
电感反
如高频加热器、接受机的本机振荡电路等。

另外由于LC
相反，RC1MHz以下，它是以RC串并联网络为选频网络
输出
另外对于器材的要求也不高，都是写常见的的集成综合对比两种方案，我选择第二种方案。

三、单元电路设计与参数计算
1、直流电源
（1）、整流电路
设变压器副边电压U2=wt
U sin
2
2
, U
2
为其有效值。

则：输出电压的平均值
正、反积分时间
常数可调的积分
电路
滞回比较器
LC正弦波振荡
电路
输出电流的平均值 I O(AV)=0.9U 2/R L
脉动系数 S=
)
(1AV O M
O U U = 2/3=0.67 二极管的选择
最大镇流电流I F >1.1
L
R U π2
2 最高反向工作电压 U RM >1.122U
（2）、滤波电路
U O(AV)=2U 2(1-T/4R L C)
当R L C=(3~5)T/2时，U O(AV)=1.2U 2
脉动系数为
S=
C R T
L 4
（3）R 上电压或R 是必不可少的元件，它既限制稳压管中的1)I 根据经验，一般选取 U I =(2~3)U O
U I 确定后，就可以根据此值选择整流滤波电路的元件参数。

2)稳压管的选择： U Z =U O ;
I Zmax -I Zmin >I Lmax -I Lmin ;
稳压管最大稳定电流 I ZM >=I Lmax +I Lmin 3）限流电阻R 的选择：
41(2
C
R L -
通过查手册可知：I ZMIN <=I DZ <=I ZMAX ; 计算可知:max R =（U Imin -U Z )/(I Z +I Lmax ） R min =(U Imax -U Z )/(I ZM +I Lmin )
其中变压器用220V~15V 规格的选的三端稳压器为：LM7812、LM7912，整流用的二极管可用1N4007，电解电容用3300ufC7与C8可用220Uf 电容C3与C3可用0.3322UfC5与C6可用0.1uF ，发光二极管上的R 用1K Ω。

2、 波形转换部分
正弦波振荡电路图如图3所示
令图3RC 正弦波振荡电路
F=Uf\Uo=
jwc R jwc R jwc /1///1/1//R ++整理可得F=)
/1(31
wRC wRC j -+
令。

=1/RC,则f 。

=1/2ПRC,
根据起振条件和幅值平衡条件Au=U 。

/Up=1+Rf/R1≥3，整理得：Rf ≥2R1
因为输出波形频率范围为0.02KHz －20KHz,取C=0.22Uf,故R=(0.02K-3.6K),用5K 的电位器去调，且正弦波的幅值为2V,故R1用10K 的电位器，Rf 用50K 的电位器。

正弦波发生器仿真电路图如图4所示
图4RC 正弦波振荡电路的仿真电路图
正弦波——方波转换器实验原理如图5所示
图5正弦波—方波转换器实验原理方框图
滞回比较器如图6所示，其电压传输特性如图7所示
图6滞回比较器图7电压传输特性电路组成：集成运放uA741,R5,R6
图6为一种电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R3起限流作用，R1和R2构成正反馈，运算放大器当Up >Uc 时工作在正饱和区，而当Uc >Up 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 。

=-U Z ；当输入电压U ⅰ大于某一电压时，u o =+U Z 。

又由于“虚
方波 滞回比较器
正弦波发生电
路
断”、“虚短”Up =Uc =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 111
1R R u R u R R R u R u R u ++=++==u n =0
得此时的输入电压
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。

2V ，因此1C Ui=i 1R=i c R
得：
⎰
⎰-=-
=-=t u RC t i C u u C C d 1
d 1I O ；τ=RC （积分时间常数）
由上式可知，利用积分电路可以实现方波——三角波的波形变换。

(2)占空比可调电路
方波—三角波转换电路的仿真图如图11所示
图11方波—三角波转换电路的仿真图
由于是方波—三角波波转换电路，因此在第二个集成块的输出端加上个限流阻R5=2K,根据设计要求三角波的峰—峰值为2V ，且占空比可调。

Uo=-R8C
1Uz(t1-t0)+U O (t0)当Uo=R9)C R81+（Uz(t2-t1)+U O (t1)
T=
R6
R9)C
2R82R5+（,取R9、R5为10K 的电位器，R8为50K 电位器。

解之可得：
R6=282/T=282f=0.0968K~9.68K ，因此取R6=10K ，积分电路中C=220nf,改变占空比的二极管可选用2个1N4007,补偿电阻R12可选取10K ，以保证集成运放输入级差分放大电路的对称性。

1（1（2）3、
表1元件清单
五、安装与调试
1、直流稳压电源
（1）、按所设计得电路图在电路板上做好布局，准备焊接电路板。

（2）、用万用表测得输出为+11.9V和、7912输入与输出的压差分别为+9.2和
2、正弦波、方波、三角波波形转换
（1）
（2）
（3）
(4)
六、性能测试与分析
1、直流电源部分
输出：+11.9V，-12.1V。

稳压块电势差：LM7812为。

LM7812）/12⨯100%=0.83%。

LM7912⨯100%=0.83%。

2
经“起振”调试后用示波器可测得各输出端的波形，并记录。

用示波器读出格数，计算峰—峰值；然后用数字毫伏表读出其有效值，并记录。

调节各个电位器，用函数发生器的输入端测出各个波形的频率范围，并记录。

数据记录：
（1）、正弦波（幅值可调、频率可调）
峰-峰值：Up-p=2⨯2=4V有效值为：U=4/22=1.41V
频率调节范围为：187.6HZ—12.67KHZ
相对误差：（1.4144-1.41）/1.41⨯100%=0.31%
（2）、方波
峰-峰值：Up-p=2.5⨯2V=5V有效值为：U=5/22=1.768V
相对误差：|2.5-2|/2⨯100%=25%
（3）、三角波
峰-峰值：Up-p=2⨯2V=4V有效值为：U=4/22=1.414V
相对误差：|2-2|/2⨯100%=0
误差分析：
1、电路参数选择不合理
2、
3、焊点不紧凑
4、直流电源输出的信号不是标准的±12V
5、读数时未正视
6、电位器太多了，不便于调节
七．结论与心得
实验结果：
1、若正弦波失真，可调电位器Rf。

2、
3、调节RC
心得：
由于电位器太多了，特别不好调试。

调了一天才
因为从小就对电有种恐惧感。

这次的课程设计我学到了很多，不仅仅是课内的知识，比如，我们必须将所学的理论知识同客观实际相结合，才能真正的学好！而且，团队合作在试验中有着举足轻重的重要。

八、参考文献
1、《模拟电子技术基础》第四版童诗白与华成英主编,高等教育出版社.
（2006）；
2、《电子线路设计、实验、测试》（第二版）谢自美主编,华中理工大学出版
社；
3、《模拟电子技术》王港元主编,机械工业出版社.（1994）
4、《电子技术基础》（模拟部分）康华光主编,高等教育出版社.（1999）。

5、《电子技术实验与课程设计》毕满清主编，机械工业出版社，2006
6、《电子线路线性部分（第四版）》谢嘉奎主编高等教育出版社，1999
7、《电子实验与课程设计》——赣南师范学院物理与电子信息学院。