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方波-三角波-正弦波函数信号发生器.doc

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.10M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    课程设计任务书 学生姓名: 高振 专业班级: 信息 sy0601 指导教师: 魏洪涛 工作单位: 信息工程学院 题目:方波-三角波-正弦波函数信号发生器 初始条件: 两只集成运放 uA741,电阻,电容,可变电位器若干,NPN 型晶体三极管四只.,单刀双 掷开关一只.电压为+8v 的电源一只,电压为-8v 的电源一只. 电路仿真软件 EWB 等 要求完成的主要任务: (1) 设计完成的电路要求输出方波,三角波,正弦波 (2) 输出的频率范围为 1~10HZ,10~100HZ,100~1000HZ (3) 输出的电压值 方波峰峰值 16v,三角波峰峰值 4v,正弦波峰峰值大于 1v (4) 波形特性,:要求正弦波和三角波的非线性失真度较小 时间安排: 第 19 周:理论讲解. 地点:鉴三 202 第 20 周:理论设计. 仿真调试.撰写试验报告,准备答辩 第 21 周:答辩 指导教师签名: 年 月 日 系主任(或责任教师)签名: 年 月 日 1
    目录 1 摘要 分析工作原理及作图……………………………………………………3 2 方案的选择………………………………………………………………4 2.1 各个方案的原理框图 2.2 各个方案的比较及确定方案 3 电路的设计……………………………………………………………5 3.1 元器件的选择及功能……………………………………………7 3.2 单元电路的设计…………………………………………………5 3.2.1 方波-三角波产生电路的设计 3.2.2 三角波-正弦波产生电路的设计 3.3 完整的电路图……………………………………………………6 4 电路的仿真……………………………………………………………7 4.1 电路连接的问题及解决方法 4.2 仿真结果及其分析………………………………………………9 5 小结及体会……………………………………………………………10 6 元器件清单……………………………………………………………11 7 主要参考文献及资料………………………………………………11 2
    摘要 本次课程设计是要求做一个能够产生方波-三角波-正弦波的函数发生器.众 所周知,制作函数发生器的电路有很多种.本次设计采用的电路是基于运放和晶体 三极管的试验电路. 由理论分析知,电压比较器可以产生方波,积分电路可以产生三角波,三角波 再经过差动放大器可以产生正弦波.向电压比较器输入三角波就可以产生方波,于 是可以将积分电路的输出作为电压比较器的输入.各种波形频率段的调整可以由 外电路的改变来实现,例如,改变电容的值. 另外也可以做先产生正弦波的电路,,其次经过比较器产生方波,再经过积分 电路,产生三角波..获得正弦波时,可以做一个 RC 正弦波整荡电路. 电路的原理部分的设计,可以是先设计单元电路,然后用仿真软件模拟.等到 各个单元都设计完成后,可以将各个单元结合到一起,由仿真软件模拟是否符合制 作要求.本次试验中,就是先做方波发生电路:电压比较器.然后是积分电路,最后是 差动放大电路. 最后使用 EWB 软件模拟整个制作的电路,在模拟中,要解决出现的种种问题. 3
    方案的选择 1 采用集成片 ICL8038 做函数信号发生器 图一 ICL8038 原理图 ICL8038 是一种集成度很高的芯片,只需要外加少量调整电路即可以获得完 美的方波-三角波-正弦波的波形 2 采用振荡电路获得正弦波,再由比较器获得方波,最后通过积分电路获得三角波 图二 函数发生器原理一 3 采用比较器和积分器分别获得方波和三角波,再用晶体三极管组成的差分放大 电路做三角波到正弦波的转换.波形变换的原理是利用差分放大传输特性的非线 4
    性,传输特性曲线越对称,并且线性区间越窄越好.三角波的幅值应该接近晶体管 的截止电压值 以上的三种方案,其中方案一十分的简单,只需要购买一片 ICL8038 和少量电 阻和电容即可.方案二和方案三,有一个共同之处是都需要搭建波形变换电路.理 论上说,都是简单可行的.但是考虑到 ICL8038 的市场价格较高,因此抛弃第一种 方案.但是方案二是使用 RC 桥式正弦波振荡器作为整个电路的基础,考虑到正弦 振荡电路的稳定性,因此选择方案三做为最终的方案. 电路的设计 1 选 择 合 适 的 电 源 和 运 放 以 及 电 阻 和 电 容 搭 建 方 波 三 角 波 产 生 电 . 路 即比较器和积分器首尾相连,形成闭环电路,则自动产生方波-三角波 图三 方波-三角波产生电路 2 搭建三角波-正弦波产生电路.选择差分放大电作为实现手段.其理论依据是差 分放大电路的传输特性曲线的非线性 5
    图四 三角波-正弦波产生电路 3 制作完整的电路原理图.将一二部分的单元电路连接起来既可以得到产生方波 -三角波-正弦波的函数发生器的原理图 为了实现输出波形频率的可调,使用了电容 C1 和 C2 图五 方案三总电路图 6
    元器件的选择及功能 1 比较器和积分器的元件参数计算如下 由理论分析知道比较器的输出电压即约等于电源电压,为了输出峰峰值为 16v 的方波电压,因此选择电源电压为 8v 和-8v.要求输出的三角波峰峰值为 4v,即是要 求 则可以取 R2=10K,R3=20K,RP1=47K.平衡电阻 R1=R2//(R3+RP1)约等于 10k R2/(R3+RP1)=2/8=1/4 由频率输出的表达式 R4+RP2=R3+RP1/(4R2C2f) 知道,当 1Hz
    经过分析知道,方波的波形开始时有少量失真,随着电路的逐渐稳定,失真基本上 完全消除.并且方波输出的幅值为 14.2V,基本上符合设计要求 三角波的波形只有少量失真,其他符合要求 8
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