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