波形发生器的设计报告.doc

华北科技学院
课程设计
课程名称: 模拟电子技术基础课程设计
题目: 波形发生器的设计
学院名称: 华北科技学院
专业班级: 自动化B084班
指导老师: 朱小龙
学号: 20080302****
姓名: 傅华明
目录
一设计要求--------------------------------------------2
二设计的作用与目的--------------------------------2
三波形发生器的设计--------------------------------2
1 波形发生器的系统概述-------------------------- 2
2 方波发生电路的原理与分析-------------------- 3
3 三角波发生电路的原理与分析----------------- 5
4 正弦波发生电路的原理与分析----------------- 6
5 参数的选择与计算-------------------------------- 8
6 仿真与结果分析----------------------------------- 9
7 PCB版电路制作-----------------------------------13
四心得体会--------------------------------------------15
五附录--------------------------------------------------16
六参考文献---------------------------------------------17
设计要求
设计一台波形信号发生器,具体要求如下:
输出波形:方波、三角波、正弦波;
频率范围:1Hz——10Hz,10Hz——100Hz,100Hz——1KHz,1KHz
——10KHz;
频率控制方式:通过改变RC时间常数手控信号频率;
输出电压:方波Vp-p≤24V,三角波Vp-p=8V,正弦波Vp-p>1V。
设计的作用、目的
1、掌握用集成运算放大器构成正弦波、方波、三角波函数发生器的设计方法。
2、学会安装与调试由分立元件与集成电路成的多级电子电路小系统。
设计的具体实现
1、波形发生器的系统概述
(1)方案的简述
波形发生器是指能够输出方波、三角波、正弦波等多种电压波形的信号源。它可采用不同的电路形式和元器件来实现,具体可采用运算放大器和分立元件构成,也可用单片专用集成芯片设计。
根据设计的目的要求,需要用集成运算放大器构成波形发生器,故此处不考虑单片专用集成芯片设计。采用运算放大器和分立元件构成,有以下两种方案:
方案一:用正弦波振荡器实现多种波形发生器。
首先用正弦波振荡器产生正弦波输出,正弦波信号通过比较器得到方波输出,方波信号再通过积分器得到三角波输出。该方案用RC串并联振荡器产生正弦波,串并联网络做为选频网络和正反馈网络。它的振动频率为f=1/2πRC,改变RC值,则可改变正弦波的输出频率。为了使输出电压稳定,必须采用稳幅的措施。
其系统框图如图1。
正弦波振荡器
比较器
积分器
正弦波
方波
三角波
图1 方案一的系统框图
方案二:用多谐振荡器实现多种波形发生器。
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,再将三角波变换为正弦波。三角波——正弦波转换可用滤波法、折线逼近法、差分放大器等方法来实现。
考虑到差分放大器具有工作点稳定,输入阻抗高,抗干扰能力强等优点。特别是作为直流放大器时,能有效地抑制零点漂移,可将频率很低的三角波变换成正弦波。因此采用差分放大器将三角波转换成正弦波。
其系统框图如图2。
比较器
积分器
差分放大器
方波
三角波
正弦波
图2 方案二的系统框图
(2)方案的选择
综合比较这两种方案,方案(1)中频率的频段的选择和调节,需同时改变正弦波振荡电路和积分电路中的电阻和电容,调整复杂。方案(2)中变换为正弦波时,正弦波非线性失真较大,对差动放大电路要求较高。由于本课程设计对正弦波非线性失真没有具体要求,而对输出波频率要求较高,故选用方案(2)。
2、方波发生电路的原理与分析
此电路可在矩形波发生电路的基础上得到。矩形波发生电路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。由于滞回比较器的输出只有两种可能的状态:高电平和低电平。两种不同的输出电平时RC电路进行充电或放电,于是电容上的电压将升高或降低,而电容上的电压由作为滞回比较器的输入电压控制其输出端状态发生跳变,从而使RC电