1、word格式文檔蘇州科技學院天平學院模擬電子技術課程設計指導書課設名稱 正弦波-方波-三角波信號發生器設計組長李為學號1232106101組員謝淵博學號1232106102組員張翔學號1232106104專 業電子物聯網指導教師二0一二年七月模擬電子技術課程設計指導書一設計課題名稱正弦波-方波-三角波信號發生器設計二課程設計目的、要求與技術指標2.1 課程設計目的(1)鞏固所學的相關理論知識；(2)實踐所掌握的電子制作技能；(3)會運用ED'具對所作出的理論設計進行模擬仿真測試，進一步完善理論設計；(4)通過查閱手冊和文獻資料，熟悉常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選用元器件的 原則

2、；(5)掌握模擬電路的安裝 測量與調試的基本技能，熟悉電子儀器的正確使用方法，能力分析 實驗中出現的正常或不正常現象(或數據)獨立解決調試中所發生的問題；(6)學會撰寫課程設計報告；(7)培養實事求是,嚴謹的工作態度和嚴肅的工作作風；(8)完成一個實際的電子產品，提高分析問題、解決問題的能力。2.2 課程設計要求(1)根據技術指標要求及實驗室條件設計出電路圖，分析工作原理，計算元件參數；(2)列出所有元器件清單；(3)安裝調試所設計的電路，達到設計要求；2.3 技術指標(1)輸出波形：方波一三角波一正弦波；(2) 頻率范圍：100Hz200H旌續可調；(3)輸出電壓：正弦波-方波的輸出信號幅值

3、為6V.三角波輸出信號幅值為02V連續可調； (4)正弦波失真度：¥45%。三系統知識介紹3 函數發生器原理本設計要求產生三種不同的波形分別為正弦波方波' 三角波。實現該要求有多種方案。方案一：首先產生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波 變成三角波。方案二：首先產生方波一一三角波，再將方波變成正弦波或將三角波變成正弦波。3.1 函數發生器的各方案比較我選的是第一個方案，上述兩個方案均可以產生三種波形。方案二的電路過多連接部方便 而且這樣用了很多元器件，但是方案的在調節的時候比較方便可以很快的調節出波形。方案一電路簡潔利于連接可以節省元器件，但是在調

4、節波形的時候會比較費力，由于整個電路時一起 的只要調節前面部分就會影響后面的波形。四電路方案與系統、參數設計4.1 基于集成運算放大器與晶體管差分放大器的函數發生器4.1.1 設計思路我們組總體設計思路為：先通過比較器產生方波，方波通過積分器產生三角波，三角波通 過差分放大器產生正弦波。函數發生器電路組成框圖如下所示由比較器和積分器組成方波一三角波產生電路，比較器輸出的方波經積分器得到三角波， 三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩定，輸入阻抗高， 抗干擾能力較強等優點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率 很低的三角波變換成正弦波。波形

5、變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。4.1.2 工作原理4.1.2.1 方波產生電路原理此電路由反相輸入的滯回比較器和 RC電路組成。RC回路既作為延遲環節，又作為反饋 網絡，通過RC充、放電實現輸出狀態的自動轉換。設某一時刻輸出電壓Uo=+Uz則同相輸入端電位Up=+UT Uo通過R1對電容C1正向充電，如圖中實線箭頭所示。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo 從+Uz躍變為-Uz,與此同時Up從+Ut躍變為-Ut。隨后，Uo又通過R1對電容C1反向充電，如 圖中虛線箭頭所示。Un隨時間逐漸增長而減低，當

6、t趨于無窮大時，Un趨于-Uz；但是，一旦 Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍變為+Uz, Up從-Ut躍變為+Ut,電容又開始正相充電。上述過 程周而復始，電路產生了自激振蕩。4.1.2.2 方波一一三角波轉換電路的工作原理專業整理*4.1.2.3 正弦波方波轉換電路的工作原理R8n0 20kLXSC1II-C3100nF tlOOnF2*WkL4_= R1%50%vcc12V0WE T VEEX02DZ4.71011R1AAA叫R2AVv20 kLD27102 Mll4.1.3 元器件與參數設計1、從電路的設計過程來看電路分為三部分：方波部分三角波部分三角波部分正弦波部分2、方波部分與

7、三角波部分參數的確定由t =4>"& +DM ，可見f與c成反比 若要得到100Hz200Hz,C為0.1 NF。 R3 Rpif3.正弦波-方波部分R3 rp比較器A1與積分器A2的元件計算如下：Uo2m=R一Vcc , R/(R3+RP)=U02MVcc=6/12=1R2 =10KC ,則(R3+RP)=20K Q ,取 R=10KQ ,RP1為 47KQ的電位器，取平衡電阻R1=R2/(R3+RP1)=7KQ ,由式 f =R3 + RP,即 R4 十 Rp = R3 + Rp 0 當 100Hz<f<200HZ 4R2(R4 RB)C24R2 c2時

8、，取C2=0.1uf ,R4+RP2=(757.5)kC,取平衡電阻 R = (R4+Rp2)* 10kQ-2VR3Rpi由輸出的三角形幅值與輸出方波的幅值分別為2V, 6V,有2= R26-=1/3R3 Rp1R3 Rpi取 R2=20© , Rp1=47 kC, R3=20e三角波一>正弦波變換電路的參數選擇原則是：隔直電容C3 C4 C5要取得較大，因為輸出頻率很低，取C3 =C4=C5 =470PF ,濾波電容C6視輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多，C6可取得較小，C6一般為幾十皮法至0.1微法。ICL8038 單片函數發生器有兩種工作方式，即輸出函數信號的頻率調節

9、電壓可以由內部供給，也可以由外部供給。圖3為幾種由內部供給偏置電壓調節的接線圖。ST c nr tr 、圖3 ICL8038典型應用在以上應用中，由于第7腳頻率調節電壓偏置一定，所以函數信號的頻率和占空比由R、R和C決定，其頻率為F,周期T, ti為振蕩電容充電時間，t2為放電時間。T= ti + t2f = 1/T由于三角函數信號在電容充電時，電容電壓上升到比較器規定輸入電壓的1/3倍，分得的時間為t1=CV/I=(C+1/3 Vcc - R A)/(1/5 - Vcc)=5/3RA - C在電容放電時，電壓降到比較器輸入電壓的1/3時，分得的時間為t2=CV/1 = (C+ 1/3 VCC

10、)/ (2/5 - VCcRb- 1/5 - Vcc/RA)=(3/ 5 RA * R C) / ( 2RA- RB)f = 1/ (t1 + t2)=3/ 5RAC 1 + RR/ (2RAR) 對圖3(a)中，如果R= R,就可以獲得占空比為50%的方波信號。其頻率f=3/ (10RAC) 4.2.3.1 正弦函數信號的失真度調節由于ICL8038單片函數發生器所產生的正弦波是由三角波經非線性網絡變換而獲得。該芯片的第1腳和第12腳就是為調節輸出正弦波失真度而設置的。圖 4為一個調節輸出正弦波失 真度的典型應用，其中第1腳調節振蕩電容充電時間過程中的非線性逼近點，第12腳調節振蕩電容在放電

11、時間過程中的非線性逼近點，在實際應用中，兩只100K的電位器應選擇多圈精度電位器，反復調節，可以達到很好的效果。7 ICL8O3810 II* AA>/A圖4正弦波失真度調節電路4.1.4仿真結果與分析(1)正弦波-方波轉換電路的仿真(2)方波一三角波發生電路的仿真(3)總電路的仿真4.1.5器件清單表元器件名稱個數型號主要參數集成運放1LM358集成芯片1ICL8038可調電阻220k,100k電阻8R22k,1k,62k,10k,0.1k電容4C470nF,10nF直流穩壓電源1± 12V, ±5V4.2 ICL8038元器件的函數發生器ICL8038是一種具有多

12、種波形輸出的精密振蕩集成電路，只需調整個別的外部組件就能 產生從0.001HZ300kHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號。輸出波形的頻率和 占空比還可以由電流或電阻控制。另外由于該芯片具有調頻信號輸入端，所以可以用來對低頻 信號進行頻率調制。icl8038中文資料ICL 8038的主要特點：(1)可同時輸出任意的三角波、矩形波和正弦波等。(2)頻率范圍：0.001HZ 300kHz(3)占空比范圍：2%98%(4)低失真正弦波:1% 低溫度漂移：50ppm/ C(6)三角波輸出線性度：0.1%(7) 工作電源：±5V ±12V或者+ 12V+ 25V正弦波線性調節

13、一 正弦波輸出一 三角波輸出一 恒流源調節T 恒流源調節一 正電源一4 5%宗準一1142133124115106978-NC-NC-正弦波線性調節一負電源或接地一飛電位一方波輸出一調頻控制輸入端圖1 ICL8038的引腳功能排列圖CURREhHSOURCE#1o V* 510comparator!I CURRENT SOURCE 321 FUP-FLOP IoV- OR GNDBUFFERSJUl，BUFFER舄落ter|小 i圖2 ICL8038內部電路方框圖由圖2可知，該芯片由三角波振蕩電路、比較器 1、比較器2、觸發器、三角波一正弦波 變換電路、恒流源CS1 CS2等組成。恒流源CS1

14、 CS2主要用于對外接電容C進行充電放電,可利用4、5腳外接電阻調整包 流源的電流，以改變電容C的充放電時間常數，從而改變10腳三角波的頻率。兩個比較器分 別被內部基準電壓設定在2 3V s與1 3V so使兩個比較器必須在大于2 3V s或小于1 3Vs的 范圍內翻轉。其輸出同時控制觸發器，使其一方面才S制恒流源CS2的通斷，另一方面輸出方 波經集電極開路緩沖器，由9腳輸出方脈沖，而10腳經緩沖器直接由3腳輸出三角波，另外 還經三角波一正弦波變換電路由2腳輸出低失真正弦波。外接電容 C由兩個恒流源充電和放 電。若S斷開，僅有電流I1向C充電，當C上電壓上升到比較器1的門限電壓2 3Vs時， 觸發器輸出Q= 1。開關S導通，CS2把電流I2加到C上反充電，當I2> I1時，相當于C由 一個凈電流I2- I1放電，此時C上電壓逐漸下降，當下降到比較器2的門限電壓1 3V s時， R-S觸發器被復位,Q = 0,于是S斷開CS2,僅有CS1對C充電，如此反復形成振蕩，