波形发生器 产生正弦波-方波-三角波函数转换器

模拟电子技术课程任务书 适用专业：测控专业 设计周期：一周 一、设计目：波形发生器的设计 产生正弦波－方波－三角波函数转换器 二、设计目的 1、 研究正弦波等振荡电路的振荡条件。 2、 学习波形产生、变换电路的应用及设计以及主要电路指标的测试方法。 三、设计要求及主要电路指标 设计要求：设计并仿真能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。 1、论证，确定总体电路原理方框图。 2、单元电路设计，元器件选择。 3、仿真调试及测量结果。 主要电路指标 1、 正弦波信号源：信号频率范围20Hz～20kHz 连续可调；频率稳定度较高。信号幅度可以在一定范围内连续可调； 2、 各种输出波形幅值均连续可调，方波占空比可调； 3、 设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出电压的范围。 四、仿真需要的主要电子元器件 1、运算放大电路 2、滑线变阻器 3、电阻器、电容器等 五、设计报告总结 1、 对所测结果（如：输出频率的上限和下限，输出电压的范围等）进行全面，总结振荡电路的振荡条件、波形稳定等的条件。 2、 分析讨论仿真测试中出现的故障及其排除方法。 3、 给出完整的电路仿真图 。 4、 体会与收获。 正文 一、方案论证与比较 1.1 方案提出 方案一：由2M晶振产生的信号，经8253分频后，产生100Hz的方波信号。由锁相环CD4046和8253进行N分频，输出信号送入正弦波产生电路和三角波产生电路，其中正弦波采用查表方式产生。计数器的输出作为地址信号，并将存储器2817的波形数据读出，送DAC0832进行D/A转换，输出各种电压波形，并经过组合，可以得到各种波形。输出信号的幅度由0852进行调节。系统显示界面采用16字x1行液晶，信号参数由4x4位键盘输入，用户设置信息的存储由24C01完成。 方案二：采用我们所熟悉的RC桥式正弦波振荡电路，输出一个正弦波。由集成运放构成的方波发生器和三角波发生器，包括滞回比较器和RC积分电路二部分，正弦波作为滞回比较器的输入，通过滞回比较器，输出方波，再经RC积分电路输出三角波。 方案三：等 1.2设计方案的论证和选择 方案一由于ICL8038自身的限制，采用了RC振荡器，故输出频率稳定度只能达到10-3数量级。由于压控振荡器F/V的线性范围有限，频率步进的步长控制比较困难，难以保证1000倍的频率覆盖系数。方案一的控制显示系统比较简单，六位LED的显示系统制作比较简单，但难以显示系统输出信号的详细信息，使用时操作难度比较大，人机界面比较难懂。 方案二线路比较简单，RC桥式正弦波振荡电路中两个反向并联二极管用于稳幅，实现简单。采用运放组成的积分电路，可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。使用时控制简单，操作方便。因此选择方案二。 二、系统的功能及设计框图 2.1 系统的全部功能、要求及技术指标。 要求系统能稳定输出正弦波，方波，三角波这三种波形。正弦波信号源：信号频率范围20Hz～20kHz 连续可调；频率稳定度较高。信号幅度可以在一定范围内连续可调；各种输出波形幅值均连续可调，方波占空比可调；设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出电压的范围。 2.2确定设计框图（系统包含的单元电路及结构）和总体设计方案 图1    总体设计方案框图 2.3单元电路的分析与设计： 一、RC文氏电桥振荡器产生正弦波，方波-三角波产生电路可由正弦波振荡器采用波形变换电路, 通过迟滞比较器变换为方波,经积分器获得三角波输出。此电路的输出频率就是就是RC文氏电桥振荡器的振荡频率. RC文氏电桥振荡器实验要点: ①. 振荡频率fｏ=1/(2πRC); ②.起振幅值条件:Avf1=(R1+Rf)/R1≧3. 即Rf/R1 ≧2. Rf=RW+(R3∥Rd)　Rd:二极管正向电阻. 电路调整的关键是：负反馈电路中的电位器RW的细心调节， RW过大：输出方波！ RW过小：电路不起振！ 图2  RC桥式正弦波振荡电路 图 二、用迟滞比较器与反相积分器首尾相串联构成方波-三角波产生电路，然后，采用差分放大器，作为三角波—正弦波变换电路利用差分对管的饱和与截止特性进行变换，此电路的输出频率就是就是方波-三角波产生电路的频率. 图3  滞回比较器和RC积分电路图 3、 系统仿真调试分析 3.1软件仿真原理图 3.2模拟仿真过程 第一步： 图4  正弦波 第二步： 图5  方波 第三步： 图6  三角波 3.3各项指标测试 正弦波：频率 333Hz        幅值 4        电压 2.83 方  波：频率 333Hz        幅值 6        电压 4.24 三角波：频率333Hz        幅值2        电压1.41 四、结语 我认为本次课程设计时间过于紧凑，只有一周的时间，我们没有更好的设计出更理想的结果。我建议以后尽量让设计的时间充沛一些，从而我们可以有更多的时间学习参考资料与处理讨论设计的每一个环节，。觉得自己对有些知识还是存在一知半解的现象，可以加强同学间的讨论。仿真软件过于繁琐，只要器件选择错误，连线不好就不能出来想要的仿真结果，希望老师选择一些能提示错误的仿真软件。还有就是需要耐心根据仿真结果，设置合适的参数，绝对不能怕麻烦。有一个问题就是明明已经仿真出来了，可是为什么保存了之后就仿真不出来了呢？希望老师总结出错的原因，可以让下届的学生参考。 五、参考文献 1.陈大钦主编．电子技术基础实验—电子电路实验·设计·仿真．北京：高等教育出版社，2000 2．郑步生. Multisim2001电路设计及仿真入门与应用.电子工业出版社.2002 3.邵舒渊 卢选民编.模拟电子技术基础实验（第2版）.西北工业大学出版社.2005 4． 5．