模电实验报告.doc

模拟电子技术实训报告
课程名称: 模拟电子技术
设计题目: 同频率方波、三角波、
正弦波一体发生器
学生姓名:
专业: 电气工程及其自动化
班级学号:
指导教师:
设计日期: 2014 年 6 月 16 日
至 2014 年 6 月 27 日
设计成绩总评:
同频率方波、三角波、正弦波一体发生器
一、设计任务与要求
设计一个同频率方波、三角波、正弦波一体发生器(要求正弦波由有
源滤波后产生的)
1、设计迟滞比较器方波产生电路,频率为10KHz可调
2、设计一有源滤波器,经滤波电路得到的正弦信号幅度峰值为6V以上;
二、方案设计与论证
本次试验要设计一个同频率方波、三角波、正弦波一体发生器,首先考虑怎么产生方波,然后怎么将方波转换为三角波,最后再将三角波转换为正弦波,同时还要考虑怎么控制三个波形频率相同。
(一)、将方波转换为三角波
方案一∶采用传统的直接频率合成器。这种方法能实现快速频率变换,具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节,导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高,而且容易产生过多的杂散分量,难以达到较高的频谱纯度。
方案二:采用电压比较器和积分器同时产生方波和三角波。其中电压比较器产生方波,对其输出波形进行一次积分产生三角波。该电路的特点是: 
1、线性良好,稳定性好; 
2、频率易调,在几个数量级的频带范围内,可以方便的连续的改变频率,而且频率改变时,幅度恒定不变; 
3、三角波和方波在半周期内是时间的线性函数,易于变换其他波形。 
因此,们选择电压比较器和积分器同时产生方波和三角波的方案 。
矩形波发生电路是其它非正弦发生电路的基础,当方波电压加在积分运算电路的输入端是,输出就获得三角波电压。而矩形波电压只有两种状态,不是高电平,就是低电平,所以电压比较器是它的重要组成部分;因为产生振荡,就要求输出的两种状态自动地相互转换,所以电路中必须引入反馈;因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化,即产生周期性变化,所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。矩形发生器电路,它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节,又作为反馈网络,通过RC充,放电实现输出状态的自动转换。
(二)、将三角波转换为正弦波
方案一:采用折线法实现,其电路频率可选较大差值。这种方法在调节的时候可以很快得调节出波形,但该电路比较复杂,连线比较。
方案二:采用有源滤波电路实现,将三角波分解为正弦波和各次谐波,通过滤波器将谐波过滤,留下正弦波。该电路设计方便,连线简单,但在调节波形频率上有一定限度。
为了连线简单,本次实验采用方案二实现三角波到正弦波的转换。
三、单元电路设计与参数计算
(一)、方波、三角波产生电路
已知对方波积分可得到三角波,但方波的周期和积分的参数必须配合恰当,否则将尽不如人意。为此将方波产生的延时参数和积分的参数统一起来,设计出下图所示的电路,其工作过程如下:
由于是以作为输入的比较器,有
(6-61)
假定在上电时,==0, =,当=0令式(6-61)为0,求得此时对应的阀值电压为
(6-62)
积分开始,开始下降,跟着下降,到达时,<0(即),跳变到=-,此时,再令式(6-61)为0,求得此时对应的阀值电压为(6-63)
然后,反向积分开始,开始上升,到达时,>0(即),跳变到=,开始新的循环。,,的波形如图所示,请注意图中的波形变化,的起始值为,在以后的突变时,在和之间变化。
计算如图所示的三角波周期,根据对称性,只要求得t1到t2的时间乘以4即可,即T/4=t2-t1。有:
由此求得, ,于是(6-64)
各点波形图
(二)、正弦波的生成
正弦波的产生用的是有源滤波器,有源滤波器利用运放输入阻抗高、输出阻抗低的特点,大大提高了低通的负载能力并且可以获得大于1的通带增益。可以很方便的推出该有源低通的传递函数:
(6-20) (6-21)
将式(6-21)带入式(6-20),可得其传输函数为
(6-22)
一阶低通滤波器的截止频率:
频率低于时,电压增益:
在三角波电压为固定频率或频率变化范围很小的情况下,考虑采用低通滤波的方法将三角波变为正弦波,将三角波按傅里叶级数展开:
其中Um是三角波的幅值,根据上式可知,低通滤波的通带截止频率应大于三角波基波频率且小于三角波的三次谐波频率。
四、总原理图及元器件清单
1、总原理图
2、元件清单
名称
符号
参数
个数
运算放大器
741
3
定值电阻
R
10K
4
R
1K
2
滑动变阻器
R
10K
1
R
20K
1
电容
C
1