三角波信号发生电路设计

课程设计报告课程名称：模拟电子技术基础设计题目：三角波信号发生电路设计姓名：学号：系别：专业班级：开始日期：完成日期指导教师：成绩评定等级（分数）课程设计任务书班级：姓名：学号：课程名称模拟电子技术基础设计题目三角波信号发生器设计设计任务描述及基本要求一、任务描述本次课程设计是要求做一个能够产生三角波的发生电路。本次设计采用的电路是基于运放的试验电路。低频正弦波发生器和通用多波形发生器，前者只能产生正弦波，调节范围不大，但是信号稳定，失真度底，主要用在对波形有很高的要求的实验中；后者能产生正弦波、方波和三角波，也有的能产生三种以上波形。二、基本要求设计一个三角波产生电路振荡频率1~10HZ可调三角波幅度±4V任务下达时间2012年6月11日设计完成时间2012年6月23日主要参考材料1、模拟电子技术基础2、实用电子电路手册辅导老师姓名教研室意见年月日目录一、设计意义……………………………………………………………………………11.1信号发生器的概述…………………………………………………………………11.2预计完成步骤………………………………………………………………………11.3制定的措施…………………………………………………………………………1二、设计方案比较……………………………………………………………………12.1三角波发生电路设计方案一……………………………………………………12.2三角波发生电路设计方案二……………………………………………………3三、电路组成框图………………………………………………………………………5四、电路原理图…………………………………………………………………………5五、组装及仿真指标测试……………………………………………………………7六、总结……………………………………………………………………………………8七、参考文献………………………………………………………………………………9一、设计意义1.1信号发生器的概述信号发生器在电子技术应用领域里的用途非常广泛，在数字系统和自动控制系统也常常需要方波，三角波，的非正弦波信号发生器。目前我们实验室用的较多的波形发生器主要有两种：低频正弦波发生器和通用多波形发生器，前者只能产生正弦波，调节范围不大，但是信号稳定，失真度底，主要用在对波形有很高的要求的实验中；后者能产生正弦波、方波和三角波，也有的能产生三种以上波形。本次课程设计是做一个能够产生三角波电路的设计。由理论分析知,电压比较器可以产生方波,积分电路可以产生三角波。1.2预计完成步骤任务一总体设计任务二方波-三角波产生电路设计任务三方波-三角波产生电路的安装任务四方波-三角波产生电路的仿真和调试1.3制定的措施使用NationalInstrumentsMultisim编辑电路原理图。并且进行理论仿真。在几个方案中选择具有可行性以及稳定性强的的电路原理图。对选定的原理图进行安装调试。二、设计方案比较2.1三角波发生电路设计方案一图1三角波发生电路（一）三角波电路波形可以通过积分电路实现，把方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到了三角波。如图1所示电路输入方波电压，可见，输出为三角波。图中滞回比较器的输出电压ZUU01,他的输入电压时积分电路的输出电压0U，根据叠加原理，集成运放1A同相输入端电位ZPURRRURRRURRRURRRU21101220121102121（1.1）令,011NPUU则阈值电压ZTURRU21因此，滞回比较器的电压传输特性如图2所示。积分电路的输入电压时滞回比较器的输出电压01U,而且01U不是ZU,就是ZU,所以输出电压的表达式为000101301tUttUCRU（1.2）式中00tU为初态时的输出电压。设初态时01U正图2三角波发生电路滞好从-ZU跃变为+ZU，则上式应写成回比较器的电压传输特性0001301tUttUCRUZ（1.3）积分电路反向积分，0U随时间的增长线性下降，根据电压传输特性一旦TUU0，再稍减小，01U将从ZU跃变为-ZU。使得上式变为0001301tUttUCRUZ（1.4）00tU为01U产生跃变时的输出电压。积分电路正向积分，0U随时间的增长线性增大，根据电压输出特性，一旦TUU0，再稍增大，01U将从-ZU跃变为ZU，回到初态，积分电路又开始反向积分。电路重复上述过程，因此产生自激震振荡。0U是三角波，幅值为TU；01U是方波，幅值为ZU，如图3所示，图3发生电路波形图因此也可称图1所示电路为三角波—方波发生电路。由于积分电路引入了深度电压负反馈，所以在负载电阻相当大的变化范围里，三角波电压几乎不变。由以分析可知，改变Uz可改变输由电压u01,U0的幅度改变R1/R2的比值，可改方波、三角波的周期或频率，同时影响三角波输出电压的幅度，但不影响方波输出电压的幅度；改变而和R．C，可改变频率，而不影响输出电压的幅度。2.2三角波发生电路设计方案二由集成运放构成的三角波—方波发生器原理图图4三角波发生电路（二）由集成运放构成的三角波—方波发生器输出波形图5发生电路（二）波形图在电路中，第一级A1组成迟滞电压比较器，输出电压uo1为对称的方波信号。第二级A2组成积分器，输出电压u。为三角波信号。设稳压管的稳压值为Uz，则电压比较器输出的高电平为+Uz，低电平为－Uz，A1同相端的电压为（2.1）比较器输出±Uz经电位器RP分压后，加到积分器的反相输人端。设分压系数为n，则积分器输入电压为±nUz，反相积分器的输出电压为（2.2）当t=0时，有（2.3）当t=t1时，有（2.4）所以方波和三角波的周期为（2.5）由以分析可知，改变Uz可改变输由电压u01,U0的幅度改变R1/R2的比值，可改方波、三角波的周期或频率，同时影响三角波输出电压的幅度，但不影响方波输出电压的幅度；改变而和R．C，可改变频率，而不影响输出电压的幅度。方案一：元器件先进，技术成熟，完全能达到题目要求，虽成本比方案一高点，但精确度较方案一高，且电路没那么复杂。方案二：结构简单，用的元器件大多是常用的，容易实现，技术成熟，能够达到技术参数的要求，用的元器件大多是常用的，，但电路复杂元器件太多，不利于实际操作，且精确度不太高；所以，综合考虑，选择方案一较好。三、电路组成框图图6电路组成框图如图6所示，在三角波发生电路中，左边为同相输入滞回比较器，右边为积分运算电路。对于由多个集成运放组成的应用电路，第一级A1组成迟滞电压比较器，输出电压uo1为对称的方波信号。第二级A2组成积分器，输出电压u。为三角波信号。由于积分电路引入了深度电压负反馈，所以在负载电阻相当大的变化范围里，三角波电压几乎不变。只要将方波电压作为积分运算电路的输入，在其输出就得到三角波电压，如图所示。当方波发生电路的输出电压uO1＝＋UZ时，积分运算电路的输出电压uO将线性下降；而当uO1＝－UZ时，uO将线性上升；波形如图所示。由于电路中存在RC电路和积分电路两个延迟环节，在实用电路中，将它们“合二而一”，即去掉方波发生电路中的RC回路，使积分运算电路既作为延迟环节，又作为方波变三角波电路，滞回比较器和积分运算电路的输出互为另一个电路的输入。四、电路原理图1.原理图的工作过程说明图7电路原理图在如图7所示的三角波发生电路中，虚线左边为同相输入滞回比较器，右边为积分运算电路。图中Uo1为方波输出端，波形应显示为方波，作为积分运算器的输入波形；示波器U0端接积分运算电路输出端，波形显示应为三角波（即所需要的最终的波形）。三角波电路波形是通过积分电路实现，把方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到了三角波。图8输出波形图电路输入三角波电压，其幅值大于Uth，设t=0时，uo=-UZ，其输出波形如图8所示。可见，输出为方波。图中滞回比较器的输出电压ZUU01,他的输入电压时积分电路的输出电压0U，根据叠加原理，集成运放1A同相输入端电位ZPURRRURRRURRRURRRU21101220121102121（4.1）令,011NPUU则阈值电压ZTURRU21因此，滞回比较器的电压传输特性如图9所示。积分电路的输入电压时滞回比较器的输出电压01U,而且01U不是ZU,就是ZU,所R3R4CR1R2uO1uO11A1A2R5以输出电压的表达式为000101301tUttUCRU（4.2）式中00tU为初态时的输出电压。设初态时01U正图9三角波发生电路滞好从-ZU跃变为+ZU，则上式应写成回比较器的电压传输特性0001301tUttUCRUZ（4.3）积分电路反向积分，0U随时间的增长线性下降，一旦TUU0，再稍减小，01U将从ZU跃变为-ZU。使得上式变为0001301tUttUCRUZ（4.4）00tU为01U产生跃变时的输出电压。积分电路正向积分，0U随时间的增长线性增大，一旦TUU0，再稍增大，01U将从-ZU跃变为ZU，回到初态，积分电路又开始反向积分。电路重复上述过程，因此产生自激震振荡。由以上分析可知，0U是三角波，幅值为TU；01U是方波，幅值为ZU。由以分析可知，改变Uz可改变输由电压u01,U0的幅度改变R1/R2的比值，可改方波、三角波的周期或频率，同时影响三角波输出电压的幅度，但不影响方波输出电压的幅度；改变而和R．C，可改变频率，而不影响输出电压的幅度。图10元器件列表元件元件名称设定值作用UA741CN1默认滞回比较器UA741CN2默认积分器R5.1K与R2一起控制U0幅值大小R10K与R1一起控制U0幅值大小DZ默认作为保护元件来使用C0.1uF可与R3改变频率R1K可与C1改变频率Rp0~22K调整波形R1KEgnd接地五、组装及仿真指标测试实验环境：NationalInstrumentsMultisim软件版本：8.01、方波三角波产生电路仿真：（1）打开AnalysisSetup窗口，选中Transient选项，设置FinalTime=200ms，StepCeiling=100us，No-PrintDelay=160ms（2）执行Simulate进行仿真。结果如图11。图11.三角波方波产生电路仿真图2、方波产生电路仿真：（1）打开AnalysisSetup窗口，选中Transient选项，设置FinalTime=200ms，StepCeiling=100us，No-PrintDelay=160ms（2）执行Simulate进行仿真。结果如图12。图12方波产生电路仿真图3、三角波产生电路仿真：（1）打开AnalysisSetup窗口，选中Transient选项，设置FinalTime=200ms，StepCeiling=100us，No-PrintDelay=160ms（2）执行Simulate进行仿真。结果如图13。图13三角波产生电路仿真图六、总结这次课程设计虽然短暂但是让我得到多方面的提高，首先，提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识。另外，我们还更加充分的认识到，模拟电路这门课程在科学发展中的至关重要性。其次，查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。最后，相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，开始并不理解方波三角波发生器的原理，但是和同学讨论后，理解了方波三角波发生器的基本原理，很快的根据电路原理图连接好电路板。在这次课程设计的过程中，让我了解了要多思考、多比较和多尝试把所学的书本知识应用于实际，培养自己的动手能力。所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。在收获知识的同时