方波-三角波-正弦波函数发生器设计

武汉理工大学《电子技术基础模拟部分》课程设计1课程设计任务书学生姓名：专业班级：通信指导教师：工作单位：信息工程学院题目:方波-三角波-正弦波函数发生器设计初始条件：电位器，电容，三极管9013，面包板，其他电阻，基本门电路若干。要求完成的主要任务:（1）设计组装调试函数发生器；（2）输出波形：方波三角波正弦波；（3）频率范围：在10-10000Hz范围内可调；（4）输出电压：方波Up-p≦24v,三角波Up-p=8v，正弦波Up-p1v。参考书：（1）谢自美主编《电子线路设计，实验，测试》华中科技大学出版社（2）梁宗善主编《电子技术基础课程设计》华中理工大学出版社（3）崔瑞雪张增良主编《电子技术动手实践》北京航空航天大学出版社（4）陈先荣主编《电子技术实验基础》国防工业出版社（5）汪学典主编《电子技术基础实验》华中科技大学出版社时间安排：1老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料；2、课程设计时间为1周。（1）确定技术方案、电路，并进行分析计算，时间1天；（2）仿真设计与分析，时间2天；（3）总结结果，写出课程设计报告，时间2天。指导教师签名：年月日武汉理工大学《电子技术基础模拟部分》课程设计2系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要………………………………………………………………………………..4Abstract……………………………………………………………………..............................................51函数发生器的总方案及原理框图………………………………………………………….61.1函数发生器的总方案…………………………………………………………………...61.2函数发生器的原理框图…………………………………………………………….......62设计的目的及任务…………………………………………………………………………...72.1课程设计的目的………………………………………………………………………...72.2课程设计的任务与要求………………………………………………………………...72.3课程设计的技术指标…………………………………………………………………...72.4课程设计时间安排…………………………………………………………………….73各部分电路设计……………………………………………………………………………..83.1方波发生电路的工作原理……………………………………………………………...83.2运放741工作原理与电路图…………………………………………………………...83.3方波---三角波转换电路的工作原理…………………………………………………...93.4三角波---正弦波转换电路的工作原理………………………………………………..123.5电路的参数选择及计算………………………………………………………………..143.6总电路图………………………………………………………………………………..164电路仿真…………………………………………………………………………………….174.1方波---三角波发生电路的仿真………………………………………………………..174.2三角波---正弦波转换电路的仿真……………………………………………………..185电路的实验结果……………………………………………………………………………..195.1方波---三角波发生电路的实验结果…………………………………………………..195.2三角波---正弦波转换电路的实验结果………………………………………………..196实验总结…………………………………………………………………………………….207参考文献……………………………………………………………………………………..218仪器仪表明细清单…………………………………………………………………………..22武汉理工大学《电子技术基础模拟部分》课程设计3摘要本文通过介绍一种电路的连接，实现函数发生器的基本功能。将其接入电源，并通过在示波器上观察波形及数据，得到结果。电压比较器实现方波的输出，又连接积分器得到三角波，并通过三角波-正弦波转换电路看到正弦波，得到想要的信号。NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NIMultisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。本设计就是利用Multisim软件进行电路图的绘制并进行仿真。关键词：电源，波形，比较器，积分器，转换电路，Multisim武汉理工大学《电子技术基础模拟部分》课程设计4AbstractThispaperdescribesacircuitconnections,toachievethebasicfunctionsofafunctiongenerator.Theiraccesstopower,andthroughobservationofthewaveformontheoscilloscopeanddata,getresults.Voltagecomparatortoachievesquare-waveoutput,butalsotoconnecttheintegratortobetriangularwave,andthroughtriangularwave-sinewavesinewaveconvertercircuitthatgetthedesiredsignal.NIMultisimsoftwarecombinesintuitivecaptureandpowerfulsimulation,fast,easyandefficientcircuitdesignandverification.WithNIMultisim,youcanimmediatelycreateacompletecircuitcomponentlibrary,anduseindustry-standardSPICEcircuitsimulatortoimitatebehavior.ThisdesignistheuseofMultisimcircuitdiagramdrawingsoftware,andsimulation.Keywords:powersupply,waveform,comparator,integrator,conversioncircuit,Multisim武汉理工大学《电子技术基础模拟部分》课程设计51.函数发生器总方案及原理框图1.1函数发生器的总方案函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可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。1.2原理框图图1原理框图武汉理工大学《电子技术基础模拟部分》课程设计62.课程设计的目的和设计的任务2.1设计的目的1.掌握电子系统的一般设计方法；2.掌握模拟IC器件的应用；3.培养综合应用所学知识来指导实践的能力；4.掌握常用元器件的识别和测试；5.熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。2.2设计任务设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器2.3课程设计的要求及技术指标1.设计.组装.调试函数发生器；2.输出波形：正弦波.方波.三角波；3.频率范围：10—10000HZ范围内可调；4.输出电压：方波UP-P≤24V，三角波UP-P=8V,正弦波UP-P＞1V。2.4时间安排1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料；2、课程设计时间为1周。（1）确定技术方案、电路，并进行分析计算，时间1天；（2）仿真设计与分析，时间2天；（3）总结结果，写出课程设计报告，时间2天。武汉理工大学《电子技术基础模拟部分》课程设计73.各组成部分的工作原理3.1方波发生电路的工作原理此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路即作为迟滞环节，又作为反馈网络，通过RC冲、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压UO=+UZ，则同相输入端电位UP=+UT,UO通过R3对电容C正向充电，如图中箭头所示。反相输入端电位n随时间的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+UZ；但是Un=+Ut，再稍增大，UO从+UZ跃变为-Uz，与此同时UP从+Ut跃变为-UT。随后，UO又通过R3对电容反相充电，如图中虚线箭头所示。UN随时间逐渐增长而减低，当T趋于无穷大时，UN趋于-UZ；但是，一旦UN=-UZ再减小，UO就从-UZ跃变为+UZ，UO从-UT跃变为+UT，电容又开是正向充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。3.2运放741工作原理与电路图uA741是美国仙童公司较为早期的产品,由于其性能完善,如差模电压范围和共模电压范围宽,增益高,不需外加补偿,功耗低,负载能力强,有输出保护等,因此具有较广泛的应用.图2运放741工作原理与电路图武汉理工大学《电子技术基础模拟部分》课程设计8图3引脚电路3.3方波——三角波转换电路的工作原理R112354U1R2R350%Rp1R450%Rp212354U2C1R17图4方波——三角波转换电路的工作原理武汉理工大学《电子技术基础模拟部分》课程设计9公式1——比较器的门限宽度公式2方波——三角波的周期图5比较器电压传输特性图6输出波形工作原理如下：若a点断开，运算放大器A1与R1、R2与R3、RP1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相武汉理工大学《电子技术基础模拟部分》课程设计10输入端接输入电压Uia，R1称为平横电阻。比较器的输出UO1的高电平等于正电源电压+Vcc,低电平等于负电源电压-Vcc(︱+Vcc︱=︱-Vcc︱),当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vcc，或者从低电平-Vcc跳到高电平Vcc。设Uo1=+Vcc,则312231231()0CCiaRRPRUVURRRPRRRP将上式整理，得比较器翻转的下门限单位Uia-为Uia-=132RPRR(+Vcc)=132RPRRVcc若Uo1=-Vcc,则比较器翻转得上门限电位Uia为Uia+=133RPRR(-VEE)=132RPRRVcc比较器的门限宽度Un=Uia—Uia+=2132RPRRIcc由以上公式可得到比较器的电压传输特性，如图3—71所示。A点断开后，运放A2与R4、RP2、C1及R17组成反相积分器，其输入信号为方波UO1,则积分器的输出Uo2为Uo2=1)24(1CRpRdtUo1Uo1=+Vcc时，Uo2=1)24()(CRpRVcct=1)24(CRpRVcctUo1=-VEE时，Uo2=1)24()(CRpRVeet=1)24(CRpRVeet可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的