波形信号发生器设计报告.doc

设计任务和要求
1、设计任务
波形信号发生器:波形信号发生器是一种能够产生多种波形,如三角波、方波、正弦波的电路。波形信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。通过对波形发生器的原理以及构成分析,可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的波形波形发生器。本课题采用由集成运算放大器组成的正弦波—方波—三角波正弦波波形发生器的设计方法,如首先先通过RC正弦波振荡电路形成正弦波,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;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。经过仿真得出了方波、三角波、正弦波、方波——三角波转换及三角波——正弦波转换的波形图。
2、设计要求
设计一个频率可调(100—10KHz)产生正弦波、方波、三角波的电路
设计方案的选择
该电路可以通过数字电路实现,也可以通过模拟电路实现,还可以通过模拟数字结合的办法实现。
1、数字电路实现方案
这种方案的基本思想是:事先在存储器中存储好信号,再用D/A转换逐点回复,但是这种方案的波形精度主要取决于波形信号的存储点数和D/A转换速度以及整个电路的时序处理。其信号频率的高低,是通过改变D/A转换器输入数字量的速率来实现的。这种方案在信号频率较低时,具有较好的波形质量。随心好频率的提高,需要提高数字量输入的速率,或减少波形点数。波形点数的减少,将直接影响波形信号波形的质量,而数字量输入速率的提高也是有限的。因此,该方案比较适合低频信号,较难产生高频信号。
2、模数结合实现方案
该方案一般是通过模拟电路产生信号波形,用数字方式实现改变信号的频率和幅度。
3、模拟电路实现方案
该方案是指全部通过模拟电路来实现信号的产生和处理。
(1)方案一
用正弦波发生器产生正弦波,然后用过零比较器产生方波,在经过积分电路产生三角波,
(2)方案二
由三角波、方波发生器产生三角波和方波,然后通过波形转换电路,将三角波信号转换成正弦波信号,。
这里采用了方案一,用正弦波发生器产生正弦波,然后用过零比较器产生方波,在经过积分电路产生三角波。
正弦波
发生器
过零
比较器
积分器
正弦波
方波
三角波

积分器
比较器
正弦波
发生器
方波
正弦波
三角波
模拟电路实现方案二
波形信号发生器的具体设计步骤
正弦波的产生

VO
正弦波振荡器原理图
(1)稳幅原理
图中D1、D2的作用是,当VO的幅值很小时,二极管D1、D2接近于开路,由D1、D2和R3组成的并联支路的等效电阻近似为R3≈,AV=(R2+R3+R1)/R1≈>3,有利于起振;反之,当VO幅值较大时,D1、D2导通,由D1、D2和R3组成的并联支路的等效电阻减小,AV随之下降,VO幅值趋于稳定。
(2)估算VOM
由稳幅时AV≈3,可求出对应输出正弦波Vom一点相应的D1、D2和R3并联的等效电阻R3’≈‘的电流等于流过R1、R2的电流,所以有
=Vom/++
即 Vom=*≈
(3)当R2=0,Av<3,电路停振,Vo为一条与时间轴重合的直线。
(4)当R2趋于无穷,Av趋于无穷,理想情况下,Vo为方波。
2、方波的产生

Vo正弦波输入
输出Vo

该电路通过反向迟滞比较器产生方波,输出电压转换的临界条件Vid≈0或Vp≈Vn=Vi,当Vi>Vp,输出Vo为低电平VoL;反之,VoH为高电平。这里的Vp实际就是门限电压Vth,而Vo的高低是偶然的。假设Vo为高,若运放是理想的,则根据叠加定理有
Vt+=R11*VoH/(R11+R7)
Vt-=R11*VOL/(R11+R7)
3、三角波的产生

输入方波
输出三角波

设电容初始电压为零,则有关系:
Vo=
根据上式有,当输入为方波时,输出为三角波。
4、运算放大电路
根据设计要求,为能够使信号幅值可调,在最后一既加一运算放大器,

通过调节开关SW1可以选择所要放大的波形,通过调节RV5与RV6来调节输出波形的幅度(其中,RV5作为粗调旋钮,RV6作为细调旋钮),运算器放大倍数:当RV5为一固定值时,Av=RV6(有效)/R12。
5、总原理图
6、波形图
四、实物图的焊接与调试
1、焊接:按照方案一的电路图焊接好电路板。
2、调试前:将电路板接入±12伏电压