1、矩形波三角波发生器（封面）天津理工大学中环信息学院电子技术课程设计设计题目:矩形波、三角波发生器姓名： 薄一慧 学号： 12050095 系别： 电子信息工程系 专业班级：通信工程2班开始日期：2014年6月9日 完成日期：2014年6月20日指导教师： 彭利标 成绩评定等级 天津理工大学中环信息学院课程设计任务书系别：电子信息工程系 班级：12 通信工程2班 姓名：薄一慧 学号：12050095课程名称电子技术课程设计设计题目集成运放的应用 设计任务描述及基本要求一、任务描述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
2、的电路是基于运放的试验电路。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。二、基本要求1、输入信号源为200HZ的方波2、设计一个三角波、方波产生电路3、振荡频率110HZ可调4、方波幅度6V5、三角波幅度4V 任务下达时间 年月日设计完成时间 年 月 日主要参考材料1、童诗白、华成英模拟电子基础高等教育出版社2、王立欣、阳春玲电子技术实验与课程设计 哈尔滨工业大学出版社3、陶桓奇、张小华、彭其胜模拟电子技术华中
3、科技大学出版社辅导老师姓 名彭利标教研室意 见 年 月 日本表附在课程设计说明书的目录之后。天津理工大学中环信息学院课程设计成绩评定表系别：电子信息工程系 班级：12 通信工程2班 姓名：薄一慧 学号：12050095评分项目及标准权值实际得分评价内容优秀标准（各教学单位制定标准）设计选题10说明书（论文）质量30独立工作能力及设计期间的表现40回答问题情况10特色与综合素质10指导老师得分合计本表附在课程设计任务书之后。 目 录 一、设计意义 41.1、任务 41.2、完成措施 4二、设计方案比较 42.1、方波-三角波的产生方案 4(1)滞回电压比较器 4(2)方波三角波发生器 72.2、
4、方波-三角波的产生方案二 8 (1)由集成运放构成的三角波方波发生器原理图 8(2)由集成运放构成的三角波方波发生器输出波形 8三、电路组成框 103.1、方波-三角波发生电路组成框图 103.2、方波形成的工作原理 10四、电路原理图 124.1、方波-三角波发生器的电路原理图124.2、方波-三角波发生器的元件清单 12五、组装及技术指标及仿真 135.1 、输出方波的仿真 13六、总结 14 一、设计意义众所周知,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
5、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。它的成本不高，电路简单，使用方便，有效地节省了人力，物力资源，具有实际的应用价值。波形发生器广泛的用于各大院校和科研场所。随着科学的进步，生活会的进步，、社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的要求，而卧们设计的正式多种的波形发生器，本实验运放来组成积分电路，滞回电压比较器来实现三角波、方波的输出。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。1.1、任务1、首先要三角波的输出。最后进行方波和三角波的同时输出。3、对电路图分进行析设计好信号发生器
6、的原理图，进行方波的产生。2、然后再器原理并进行实际的操作。1.2、完成措施利用Multisim进行仿真。二、设计方案比较本设计选两个方案进行比较，如下：2.1方波-三角波的产生方案一（1）、 滞回电压比较器图2-1为一种滞回电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R3起限流作用，R2和R1构成正反馈，运算放大器当upun时工作在正饱和区，而当unup时工作在负饱和区。从电路结构可知，当输入电压uin小于某一负值电压时，输出电压uo= -UZ；当输入电压uin大于某一电压时，uo= +UZ。运算放大器在两个饱和区翻转时up=un=0，由此可确定出翻转时的输入电压。up用uin和uo表示，有根
7、据翻转条件，令上式右方为零，得此时的输入电压：Uth称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图2-2所示。设输入电压初始值小于-Uth，此时uo= -UZ ；增大uin，当uin=Uth时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小uin ，当uin= -Uth时，运放则开始进入负饱和区。 图2-1 滞回电压比较器 图2-2 滞回电压比较器的直流传递特性 如果给图2-1所示电路输入三角波电压，其幅值大于Uth ，设t = 0时，uo= -UZ ，其输出波形如图2-3所示。可见，输出为方波。 图2-3 输入为三角波时滞回电压比较器的输出波形（2）、 方波三角波发生器
8、：给图2-1所示的滞回电压比较器级联一积分器，再将积分器的输出作为比较器的输入，如图2-4所示。由于积分器可将方波变为三角波，而比较器的输入又正好为三角波，因此可定性判断出，图2-4电路的输出电压uo1为方波，uo2为三角波，如图2-5所示。下面分析其振荡周期。图2-4 方波三角波发生器积分器输出电压从-Uth增加到+Uth所需的时间为振荡周期T的一半，由积分器关系式振荡频率则为方波-三角波发生器输出的波形则如下图2-5所示. 图2-5方波-三角波发生器输出的波形 2.2、方波-三角波产生的方案二 （1）、由集成运放构成的三角波方波发生器原理图在图2-7所示的电路中，第一级A1组成迟滞电压比较
9、器，输出电压uo1为对称的方波信号。第二级A2组成积分器，输出电压u。为三角波信号。设稳压管的稳压值为Uz，则电压比较器输出的高电平为+Uz，低电平为Uz，由图2-7可得，A1同相端的电压为：由于此电压比较器的u=0，令u0，则可求得电压比较器翻转时的上、下门限电位则门限宽度为： （2）、由集成运放构成的三角波方波发生器输出波形图2-8 由集成运放构成的三角波-方波发生器输出波形在图2-7所示的电路中，第一级A1组成迟滞电压比较器，输出电压uo1为对称的方波信号。第二级A2组成积分器，输出电压u。为三角波信号。设稳压管的稳压值为Uz，则电压比较器输出的高电平为+Uz，低电平为Uz，由图2-7可
10、得，A1同相端的电压为：由于此电压比较器的u=0，令u0，则可求得电压比较器翻转时的上、下门限电位则门限宽度为： 比较器输出Uz经电位器RP分压后，加到积分器的反相输人端。设分压系数为n，则积分器输入电压为nUz，反相积分器的输出电压为：方波和三角波的周期为：方波和三角波的频率为：结论：由以分析可知，改变Uz可改变输由电压u01,U0的幅度改变R1/R2的比值，可改方波、三角波的周期或频率，同时影响三角波输出电压的幅度，但不影响方波输出电压的幅度；改变而和RC，可改变频率，而不影响输出电压的幅度。 根据上述比较的两种方案中第一种方案的滞回比较器与积分器的级联操作更加简单所以选择方案一。三、电路
11、组成框图结合设计原理画出组成框图如下所示：3.1、方波-三角波发生电路组成框图由RC振荡电路比较电路出现方波的产生，方波产生后积分电路出现三角波产生，框图如下：3-1 方波-三角波发生电路组成框图3.2、方波形成的工作原理 图3-2 方波形成原理图 图3-2 滞回电压比较器的直流传递特性因为方波电压只有两种状态，不是高电平、就是低电平。所以电压比较器是它的重要组成部分。它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、放电实现使输出状态自动地相互转换。四、电路原理图画出原理图并列出原件清单并说明。4.1方波-三角波发生器的电路原理图如图4-1所示 图4
12、-1 方波-三角波发生器原理图积分器输出电压从-Uth增加到+Uth所需的时间为振荡周期T的一半，由积分器关系式：振荡频率则为4.2方波-三角波发生器的元件清单 方波-三角波发生器的元件清单想请如表一所示，有电容、uA741、电阻、双向稳压二极管组成。表1 元件清单元件名称数量 元件的作用 电容1充电、放电整流、振荡的作用uA741 2 1和5为偏置（调零端）2为正向输入端3为反向输入端4为接地6为输出7为接电源8为空脚电阻 4 有限流、分压的作用双向稳压二极管1正反两个方向均可击穿稳压. 当稳压管击穿输出恒定;五、组装及技术指标测试运用电路仿真元件仿真，从元件库中调出所需原件，按照原理图连接
13、好。由于电压比较器与积分器组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，故这两个单元电路可以同时安装。如果电路接线正确，则在接通电源后，比较器的输出VO1为方波，积分器的输出VO2为三角波。然后的到的仿真图如下图5-1所示。 图5-1方波与三角波发生器的仿真波形误差分析: 仿真软件的元器件值不可能绝对的精确造成仿真结果会有一定的非可见误差，另外参数的设置问题以及小数点的取舍都是影响结果的因素，而且人眼观察也是有一定的误差的，因此仿真结果会与理论值有一定差别也是可以允许的。 六、总结 在这次试验中，让我深刻的感受到我所学知识的不足，设计一个很完整的电路，需要不断的尝试摸索，这在很大程度上提高了我考虑问题的全面性。设计完整的电路，还要考虑到它什么功能需要什么电路来实现。另外，还要考虑它的可行性，实用性等等。这样，也提高了我分析问题的能力。通过这次设计，我的理论知识上升到了一个实践的过程，我们需要多训练实际动手操作，增强我们的动手能力。通过对函数发生器的设计，我还深刻的认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道以前不知道的知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。同时我也明白了老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。
