正弦波方波三角波发生器设计

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1、一设计的目的及任务1.1设计目的1掌握电子系统设计的一般方法。2培养综合应用理论知识指导实践的能力。3掌握电子元件的识别和测试。4了解电路调试的基本方法。1.2设计任务和要求1设计一个能产生正弦波方波三角波的函数转换器。2能同时输出一定频率一定幅度的3种波形：正弦波、方波和三角波。3可以用±12V或±15V直流稳压电源供电。1.3课程设计的技术指标1输出波形频率范围0.02hz～20khz且能连续可调。2正弦波幅值为±2V。3方波幅值为2V。4三角波峰峰值为2V且占空比可调。二方案比较与论证2.1方

2、案一方案一采用LC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路，构成正弦波-方波-三角波函数转换器。LC正弦波振荡电路具有容易起振、振幅大、频率调节范围宽等特点，但是输出波形较差。LC正弦波振荡电路电压比较器积分电路图2.1.1方案一原理框图152.2方案二方案二采用石英晶体正弦波振荡电路产生正弦波，石英晶体正弦波振荡电路具有振荡频率稳定度高的优点，但其频率调节性能较差且受环境温度影响大。石英晶体正弦波振荡电路电压比较器积分电路图2.2.1方案二原理框图2.3方案三方案三首先用一个RC振荡电路产生正弦波，然

3、后在用一个电压比较器产生方波，最后在方波基础上利用积分电路产生三角波。电路框图如图2.3.1所示。RC正弦波振荡电路电压比较器积分电路图2.3.1方案三原理框图综上三种方案，方案一虽然对频率的调节性能好，但输出波形较差；方案二振荡频率稳定性好，但频率不易调节，且受环境影响大，对电子元件要求也较高；方案三能实现频率的连续可调，具有简单容易操作等优点，而且对电子元件的要求也不高，都为常用元件。综上所述，方案三为最佳方案。15三系统组成及工作原理3.1正弦波发生电路的工作原理3.1.1产生正弦波的振荡条件

4、所谓正弦振荡，是指在不加任何输入信号的情况下，由电路自身产生一定频率、一定幅值的正弦波电压输出。(a)(b)图3.1.1正弦波振荡电路的方框图正弦波振荡电路的方框图如图3.1.1示，上一方框为放大电路，下一方框为反馈网络。图（b）中，电路和闸通电后，在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈。由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。即表明正弦波振荡电路的平衡条件为：而平衡条件又分为幅值平衡条件和相位平衡条件，即：幅值平衡条件相位平衡条件所以电路的起振条件

5、为：153.1.2正弦波发生电路的组成及各部分的作用引入正反馈的反馈网络和放大电路，其中接入正反馈是产生振荡的首要条件；要产生按振荡还必需要满足幅值条件；要保证输出频率单一且实现频率的可控，必需要有选频网络；同时还应具备稳幅特性。因此，正弦波产生电路主要有放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅环节四部分组成。（1)放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，电路获得一定幅值的输出值。（2)正反馈网络：满足相位条件，放大电路的输入信号等于其反馈信号。（3)选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频

6、率的信号，保证电路产生正弦波振荡。（4)稳幅环节：即非线性环节，稳定输出信号的幅值。3.1.3判断电路是否振荡。判断电路能否产生正弦波振荡的方法：（1）观察电路是否存在放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅环节等四个重要组成部分。（2）放大电路的结构是否合理，能否正常放大，静态工作是否合适。（3）电路是否满足起振的幅度条件。若能满足相位平衡条件，又能满足起振条件，则说明该电路一定会产生正弦波振荡。正弦波振荡电路检验，若：(1)则不可能振荡；(2)产生振荡，但输出波形明显失真；(3)产生振荡。振荡稳定后。

7、此种情况起振容易，振荡稳定，输出波形的失真小3.1.4RC桥式正弦波振荡电路RC桥式正弦波振荡电路的特征是以集成运放为中心，以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络，其电路如图3.1.2所示15图3.1.2RC桥式正弦振荡电路电路的起振条件：Rf≧2R1振荡频率：f=1/2πRC可通过调整R和C的数值来改变振荡频率，要想提高振荡频率，则要减小R和C或减少两者之一。3.2电压比较器的工作原理3.2.1单限比较器图3.2.1过零比较器将集成运放的一个输入端接地，另一个输入端接输入信号，就构成过零比较器，其

8、电路和电压传输特性如图3.2.1所示。当UI>0时，输出一个低电平UO＝－UOM；UI<0时，输出一个高电平，UO＝＋UOM。153.2.2滞回比较器图3.2.2滞回比较器该电路的作用是将正弦信号转变成方波信号，其传输特性曲线如图3.2.2（b）所示。电压比较器输出电压：Uo=±UZUP=±R1/(R1+R2)Uz令UN=UP求出的UI就是阀值电压，因此得出±UT=±R1/(R1+R2)Uz假设UI<-UT，则UN小于Up，因而UO＝+UZ，UP=+UT。只有当输人电