方波正弦波三角波转换器.docx

方波正弦波三角波转换器.docx

《方波正弦波三角波转换器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《方波正弦波三角波转换器.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

方波正弦波三角波转换器

课程设计说明书

课程设计名称：

模拟电子技术基础

课程设计题目：

设计方波三角波正弦波的函数转换器

学院名称：

信息工程学院

专业：

电子信息工程班级：

学号：

姓名：

评分：

教师：

2012年02月22日

《模拟电路》课程设计任务书

2011－2012学年第2学期　第1周－1.5周

题目

设计制作一个产生方波-三角波-正弦波函数转换器

内容及要求

1 输出波形频率范围为0.2KHz~20kHz且连续可调；

 正弦波幅值为±2V；

   方波幅值为2V；

  三角波峰-峰值为2V，占空比可调；

设计电路所需的直流电源可用实验室电源。

进度安排

1.布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备：

2天；

2.领元器件、制作、焊接：

3天

3．调试+验收：

2.5天

4.提交报告：

2011-2012学年第二学期3～7周

学生姓名：

指导时间：

第1～1.5周

指导地点：

E楼508室

任务下达

2012年2月12日

任务完成

2012年2月22日

考核方式

1.评阅□√2.答辩□3.实际操作□√　4.其它□

指导教师

系（部）主任

摘要

波形发生器正被各大院校和科研场所广泛的应用。

但是，随着科技的进步和社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的要求，而我们设计的正是多种波形发生器。

本文所设计的电路是通过集成运算放大器长生不同的波形，先通过同相滞回比较电路产生方波，然后方波通过积分电路转换成三角波，最后由滤波电路将三角波转换成正弦波,从而完成波形的转换。

关键字：

同相滞回比较电路，积分电路，滤波电路

第一章设计要求…………………………………………………………………1

第二章系统组成及原理…………………………………………………………2

2.1系统组成…………………………………………………………………2

2.2工作原理…………………………………………………………………2

第三章电路方案设计……………………………………………………………3

方案一………………………………………………………………………………3

3.1方波—三角波转换电路…………………………………………………3

3.2三角波正弦波转换电路…………………………………………………3

方案二………………………………………………………………………………4

第四章元件设计…………………………………………………………………6

4.1方波—三角波转换电路元件…………………………………………6

4.2三角波—正弦波转换电路元件………………………………………6

第五章实验分析…………………………………………………………………7

5.1安装与调试……………………………………………………………7

5.2性能测试及分析………………………………………………………7

第六章结论与心得………………………………………………………………10

参考文献…………………………………………………………………10

附录…………………………………………………………………………………11

1总原理图…………………………………………………………………11

2芯片管脚图………………………………………………………………11

3原件清单…………………………………………………………………11

第一章、设计要求

（1）输出波形频率范围为0.2KHz-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。

第二章、系统的组成及工作原理

2.1系统组成

本设计的方波—三角波转换电路由同相滞回比较电路和积分电路两部分组成。

图2—1方波三角波发生电路

三角波正弦波转换电路由滤波电路完成。

图2—2正弦波发生电路

2.2工作原理

方波三角波发生电路是通过R1调节方波的幅值，R2、R3调节方波的频率，R4调节三角波的峰峰值R5调节三角波的占空比。

三角波输入滤波电路后通过滤波作用将三角波转换成正弦波，输出正弦波的幅值由R6、R7、R8调节.

第三章、电路方案设计

方案一：

方案一电路由方波—三角波转换电路和三角波—正弦波转换电路组成。

3.1、方波—三角波转换电路如图3.1所示。

该电路由同相滞回比较电路和积分电路组成。

滞回比较器输出电压U01在t0时刻由-Uz跃变为+Uz（为第一暂态），此时积分电路进行反向积分，输出电压u0呈线性下降，当u0下降到滞回比较器的阈值电压-UT时即t1时刻,滞回比较器的输出的电压U01从+Uz跃变到-Uz（为第二暂态）。

此后，积分电路进行正向积分，u0呈线性上升，当u0上升到滞回比较器的阈值电压+UT时即t2时刻,u01从-Uz又跃变回到+Uz，即返回第一暂态，电路又开始反向积分。

如此周而复始，产生振荡。

图3.1

3.2、三角波—正弦波转换电路如图3.2所示。

将三角波展开为傅里叶级数可知，它含有基波和3次5次等奇次谐波，因此通过低通滤波器去除基波，滤除高次谐波，可将三角波转换成正弦波。

这种方法适用于固定频率或频率变化很小的场合。

电路框图如下左图所示。

输入电压和输出电压的波形如下右图所示，U0的频率等于UI基波的频率。

将三角波按傅里叶级数展开

UI（wt）=8/（π*π）Um（sinwt-1/9sin3wt+1/25sin5wt-…）

其中Um是三角波的幅值。

图3.2

方案二：

方案二的方波—三角波转换电路与方案一相同，三角波—正弦波转换电路采用折线近似法，电路图如图3.3所示。

图3.3

方案论证：

我选的是第一个方案，上述两个方案都能实现三种波形的产生和转换。

但是，可以明显的看出方案二的电路比方安逸的电路复杂，需要较多的元件，。

方案一电路比较简单利于焊接，需要的元器件也比较少，但是也有一点缺陷，在调节波形的频率时有一定的限度，在使用R2、R3调节波形的频率时会影响正弦波的幅值。

第四章、元件设计

4.1、方波—三角波转换电路元件

设计要求方波的幅值为±2V，则可令稳压管的稳压值为2V且R1为100KΩ的电位器。

三角波的幅值为±1V，则

其中R6=0.5R5,可令电容C=1uf，根据所求结果可令R4、R5均为1KΩ的电位器，因为要求三角波的占空比可调，所以R4和R5之间用两个二极管以相反的方向连接。

设计要求最终输出的信号为0.2KHz~20KHz。

可求得R2=50KΩ，R3=1KΩ。

4.2、三角波—正弦波转换电路元件

通过仿真为使正弦波的幅值可大范围调节可令R6为100KΩ的电位器，而R7=R8=1KΩ，电容C的大小为1uf。

第五章、实验分析

5.1、安装与调试

先在电路板上做好布局，然后进行焊接。

焊接好电路到实验室进行调试，初次调试无法出现波形，且过一段时间后芯片开始发热，检查后发现是电源连接方法错误，调整后出现波形，但幅值和频率没有达到要求，调节变位器R1使输出方波的峰峰值为4V左右，调节变位器R2、R3改变信号的频率使其达到要求，然后通过改变R4的阻值使三角波的峰峰值为2V左右，最后调节R6的阻值使正弦波的峰峰值为4V左右。

调节R5的阻值可以改变三角波的占空比。

5.2、性能测试及分析

5.2.1、方波三角波

方波

测试结果

要求

误差

峰峰值（V）

4.19V

4V

0.0475

频率

0.6KHz~11KHz

0.2KHz~20KHz

三角波

测试结果

要求

误差

峰峰值（V）

1.44V

2V

-0.28

频率

0.6KHz~11KHz

0.2KHz~20KHz

5.2.2、正弦波

测试结果

要求

误差

峰峰值（V）

3.82

4

-0.045

频率

0.6KHz~11KHz

0.2KHz~20KHz

误差分析：

1、参数设计有点问题并不完美；

2、测量仪器本身有问题导致所测数据不能满足要求；

3、焊接电路时焊点处有电阻被忽略，连接的线路也有电阻；

4、调试时间过长电路温度升高，使得一些元件的电阻发生变化；

第六章、结论与心得

1结论：

本实验还可以用555芯片来产生方波，其电路结构比现在所用的更简单。

通过这次课程设计，学会了如何设计电路，熟练了电路焊接方法以及掌握调试方法与测试参数，同时还提高了我们的动手能力和测试技术能力。

在设计过程中也遇到一些困难，比如一些元件实验室中没有，只能用其他元件代替，有的元件的参数稍有偏差，导致许多参数达不到要求。

电位器R3在调整方波—三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。

2.心得：

经过一个半星期的努力终于顺利完成这次课程设计，虽然最终测试的结果不完美，但经过这次课程设计收获了不少，加深了对课本知识的理解，培养了同学之间的合作能力，调试时应仔细观察若出现问题必须耐心查找原因。

参考文献:

1、童诗白华成英.模拟电子技术基础.高等教育出版社

2、物理与电子信息学院.基础电路实验指导书.

3、谢自美.电子线路设计.

4．毕满清编.电子技术实验与课程设计.机械工业大学出版社

5.李万臣主编．模拟电子技术基础与课程设计.哈尔滨工程大学出版社

6..电子线路设计应用手册.张友汉主编，福建科学技术出版社（2000）

7..电子技术基础实验研究与设计.陈兆仁主编，电子工业出版社

附录

1、总原理图

2、芯片管脚图

3、元件清单

元件名称

型号

参数

数量

电位器

1KΩ

3

50KΩ

1

100KΩ

2

电阻

1KΩ

2

电容

1uf

2

芯片

LM324

2

二极管

IN4007

4

稳压管

BZV55-C6

稳压值=2V

4

万能版

中号

2

导线

若干