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设计制作一个产生正弦波方波三角波函数转换

器

HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

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： 47 指导教师： 设计时间： 1月7日

设计制作一个产生正弦波－方波－三角波函数转换器

一、设计任务与要求

1.输出波形频率范围为~20kHz且连续可调； 2.正弦波幅值为±2V，； 3.方波幅值为2V；

4.三角波峰-峰值为2V，占空比可调；

5.分别用三个发光二极管显示三种波形输出；??

6.用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。

二、方案设计与论证

设计要求为实现正弦波-方波-锯齿波之间的转换。正弦波可以通过RC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，三角波的占空比只要求可调即可。各个芯片的电源可用±12V直流电源提供，并备用了两套方案设计。

方案一:

方案一电路方框图如图1所示。 LC正弦波振荡电路

滞回比较器

图1 方案一方框图

积分电路

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=f0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:

方案二电路方框图如图2所示。 RC正弦波振荡

电路

滞回比较器 图2 方案二方框图 积分电路

方案二仿真电路如图3所示。

图3 方案二仿真电路图

方案论证：LC正弦波振荡电路特别是方案一所采取的电感反馈式振荡电路中

N1与N2之间耦合紧密，振幅大；当C采用可变电容时，可以获得调节范围较宽的振荡频率，最高频率可达几十兆赫兹。由于反馈电压取自电感，对高频信号具有较大的电抗，输出电压波形中常含有高次谐波。因此，电感反馈式振荡电路常用在对波形要求不高的设备之中，如高频加热器、接受机的本机振荡电路等。另外由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高，所以放大电路多采用分立元件电路，必要时还应采用共基电路。因此对于器材的选择及焊接的要求提高，并且器材总价格也增加了。 相反，RC正弦波振荡电路的振荡频率较低，一般在1MHz以下，它是以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络，以电压串联负反馈放大电路为放大环节，具有振荡频率稳定，带负载能力强，输出电压失真小等优点，因此获得相当广泛的应用。另外对于器材的要求也不高，只需集成块、电容、电位器等组成即可。在焊接方面，直接、美观、大方！在器材总价格方面，相比第一种方案更为实惠。

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 （一）单元电路设计

1.正弦波发生器实验原理

（1）RC 串并联选频网络。

1R2??取 R1 = R2 = R ， C1 = C2 = C ，令 0?U?21?j?R2C2fRC?F????1U?1??2R?1?则： 1j?C11?j?R2C2?相

得 RC 串并联电路的幅频特性为： 1?F?R1C21(1??)?j(?R1C2?)????1R2C1?R2C1频特性为： F32?(?0)23?0? 最大，?F = 0。

1（2）振荡频率与起振条件 1）振荡频率 2）起振条件

f0?12?RC????1当f = f0 时， 由振荡条件知： AF?1F3所以起振条件为：

RFA?1?同相比例运放的电压放大倍数为： ufR?即要求：R F?2R?3）稳幅环节：反馈电阻的热敏RF采用负温度系数电阻，R1采用正温系数的热敏电阻，均可实现自动稳幅。或者在RF回路中串联二个并联的二极管也可以自动稳幅。 正弦波发生器仿真电路图4所示。

图4正弦波发生器仿真电路图

2.正弦波—方波转换器实验原理 正弦波—方波转换器方框图如图5所示。

滞回比较器 正弦波发生电

图5 正弦波—方波转换器方框图

路

（1）电路组成： 1）滞回比较器：集成运方、R11、R8.

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，R2和R1

构成正反馈，运算放大器当up>un时工作在正饱和区，而当un>up时工作在负饱和区。从电路结构可知，当输入电压ui小于某一负值电压时，输出电压uo= -UZ；当输入电压ui大于某一电压时，uo= +UZ。又由于“虚断”、“虚短”up=un=0，由此可确定出翻转时的输入电压。up用ui和uo表示，有

方波

11ui?uoRu?R1uoRR2=un=0 up?1?2i11R1?R2?R1R2

得此时的输入电压

Uth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-Uth，此时uo= -UZ ；增大ui，当ui=Uth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ui ，当ui= -Uth时，运放则开始进入负饱和区。 图6电压比较器电路 图7 滞回电压比较器的直流传递特性

（2）正弦波—方波转换仿真电路图

正弦波—方波转换仿真电路如图8所示。

图8 正弦波—方波转换仿真电路图

3.方波—三角波转换器实验原理 方波—三角波转换器方框图如图9所示。

方波发生电路

积分电三角波 图9 方波—三角波转换器方框图 路 （1）积分运算电路 如图10所示。

图10积分运算电路 由于“虚地”，

Uo=-Uc

由于“虚断”，i1=iC, 故：

Ui=i1R=icR

uO??uC??11idt??uIdtC??CRC；τ = RC（积分时间常数）

U-=0, 故：

得：

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）正、反向积分时间常数可调电路

正、反向积分时间常数可调电路如图11所示。

图11 正、反向积分时间常数可调电路

4.直流电源电路原理

直流电源电路方框图如图12所示。

电源变压器 滤波电路 整流电路 图12 直流电源电路方框图 稳压电路

（1）整流电路：将交流变直流的过程。