模电课设22.docx

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模电课设22

东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院

模电课程设计

方波、三角波、锯齿波信号发生器

专业名称

物联网工程

班级学号

学生姓名

指导教师

设计时间

2014.7.1—2014.7.8

课程设计任务书

专业：

物联网工程学号：

2125122学生姓名（签名）：

设计题目：

一、设计实验条件

综合实验楼9楼实验室

二、设计任务及要求

1. 设计、组装、调试方波、三角波、正弦波发生器。

2．输出波形：

方波、三角波、锯齿波。

3.能够用Mulsitim软件对电路进行仿真.

三、前言

在人们认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的电子信号进行测量，因而如何根据被测量电子信号的不同特征和测量要求，灵活、快速的选用不同特征的信号源成了现代测量技术值得深入研究的课题。

信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号（各种波形），然后用其它仪表测量信号中自己感兴趣的参数。

可见信号源在各种实验应用和实验测试处理中，它不仅是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。

　　波形发生器就是信号源的一种，能够给被测电路提供所需要的波形。

传统的波形发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构

复杂，不能根据实际需要灵活扩展。

随着微电子技术的发展，运用单片机技术，通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波、方波、三角波、锯齿等幅值可调的信号。

与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小，输出稳定，可靠性高，特别是操作简单方便。

四、设计时间与安排

1、设计时间：

1周

2、设计时间安排：

熟悉实验设备、收集资料：

2天

设计图纸、实验、计算、程序编写调试：

3天

编写课程设计报告：

1天

答辩：

1天

目录

1、摘要5

2、设计思路5

2、1原理框图5

3、各组成部分的工作原理...................................6

3、1方波发生电路的工作原理.............................6

3、2方波--三角波转换电路的工作原理.....................6

3、3方波—锯齿波转换电路的工作原理......................8

4、用Multisim10电路仿真..................................8

4、1输出方波电路的仿真..................................8

4、2三角波电路的仿真.....................................9

4、3锯齿波电路的仿真.....................................9

5、实验心得...............................................10

6、参考文献...............................................10

1、摘要

本次课程设计是要求做一个能够产生方波-锯齿波三角波-正弦波的函数发生器.在课堂上我们知道了矩形波发生电路是其他非正弦波发生电路的基础。

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,同时，三角波发生电路中积分电路反向积分速度远大于正向积分速度，或者正向积分速度远大于反向积分速度则输出的电压就成为锯齿波，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,改变电容或者电阻的值。

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Multisim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.

2、设计思路

2.1原理框图

占空比可调积分电路

积分电路低通滤波

该发生器通过将滞回电压比较器的输出信号通过RC电路反馈到输入端，即可组成矩形波信号发生器。

然后经过积分电路产生三角波，通过改变方波的占空比不仅可以得到锯齿波，还可得到额外的矩形波。

三角波通过低通滤波电路来实现正弦波的输出。

然后将各种信号通过比例放大电路得到需要幅值；峰峰值的信号波。

该电路具有结构、思路简单，运行时稳定且能较好的满足设计要求，对元器件要求不高，且成本低廉，调整方便。

3、各组成部分的工作原理

3.1方波发生电路的工作原理

1、电路组成

图1方波发生器电路图

因为

矩形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；因为产生振荡，就是要求输出的两种状态自由地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。

图1所示的方波发生电路，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、放电实现输出状态的自动转换。

设某一时刻输出电压+Uz,,此时滞回电压比较器的门限电压为+UT。

输出信号通过R对电容C１正向充电。

当该电压上升到+ＵT时，电路的输出电压跃变为－UZ,门限电压也随之变为-UT，电容C1经电阻R放电。

当该电压下降到-ＵT时输出电压又回到+Uz，电容又开始正相充电。

上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

3.2方波--三角波转换电路的工作原理

1.电路的组成

图2方波—三角波转换电路图

在方波发生电路中，当滞回比较器的阈值电压数值较小时，可将电容两端的电压看成为近似三角波。

根据RC积分电路输入和输出信号波形的关系可知，当ＲＣ积分电路的输入信号为方波时，输出信号就是三角波，由此可得，利用方波信号发生器和ＲＣ积分电路就可以组成三角波信号发生器。

该电路的工作原理是：

方波信号发生器输出的方波输入积分电路，在积分电路的输出端得到三角波信号。

积分电路的输出端除了输出三角波信号外，还通过电阻Ｒ１.Ｒp1将三角波信号反馈到滞回电压比较器的输入端，将三角波信号整形变成方波信号输出。

２.振荡频率

因为，该电路振荡信号的频率与三角波输出信号的幅度有关，所以要确定该电路的振荡频率，必须先确定三角波信号的输出幅度。

三角波输出信号的幅度等于滞回电压比较器的阈值电压，根据叠加定理可求出滞回电压比较器的阈值电压为

　　　u+=UOR1/（R1+R2）-UOR2（R1+R2）=u-=0

由此可得输出信号的幅度为：

Uom=UTH=R1Uz/R2

设积分电路的输出电压从+Uom到－Uom所需要的时间为t，根据积分电路输出电压和输入电压的关系式可得

2Uom=uo1*t/（C*R4）

即t=2R4*C1*Uom/Uz=2R1*R4*C1/R2

因三角波信号的周期为2t,所以三角波输出信号的频率为

　　　　f=R2/（4R1*R4*C1）

3.3方波—锯齿波转换电路的工作原理

1.电路的组成

图3方波—锯齿波转换电路图

三角波信号的特征是波形上升和下降的斜率相同，当波形上升和下降的斜率不同时，三角波就转化成锯齿波。

根据这个特征，只要将图4的电路中的积分电路改成时间常数随方波输出极性而变化的电路，即可组成锯齿波信号发生器。

图７中的二极管D3和D4的作用是改变积分电路的时间常数，当输入为+Uz时，D3导通，D4断开，积分电路的时间常数为R（8到12）C１；当输入为－Uz时，D3断，D4通，积分电路的时间常数为R（6到１２）C１.可得

T=t1+t2=2（R4+R5）R1C1/R2

3.4总电路图

图4总电路图

4、用Multisim10电路仿真

4．1输出方波电路的仿真

用Multisim12电路仿真软件进行仿真。

从Multisim12仿真元件库中调出所需元件，按电路图接好线路，方波输出端接一个虚拟的示波器，接通电源后，双击示波器，可得如图5所示的输出方波仿真图。

图5方波仿真图像

4.2三角波电路的仿真

同样方法可得到三角波的仿真图像。

如图6所示。

图6三角波仿真图像

4．3锯齿波电路的仿真

同理得锯齿波仿真图形，如图7所示。

图7锯齿波仿真图像

5、实验心得

此次的课程设计已经结束，美好的时光总是短暂的。

在这几天的学习、设计、及电路搭建过程中我们小组的成员都感触颇深。

我们对抽象的理论有了具体的认识。

通过对函数信号发生器的设计，我们掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表的使用方法；了解了电路的连接、搭建方式；如何提高电路的性能以及能够较熟练的使用Multisim软件。

通过对函数信号发生器的设计，我们还深刻认识到了“实践出真知”这句话的重要性与真实性。

通过对此课程题目的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且还巩固了知道的知识。

最重要的是在实践中很好的理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。

也明白老师要求我们做好这个课程设计的原因。

他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。

在整个设计到电路的连接以及调试过程中，

其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，我们分工明确、配合默契，体会了在连

接好电路后测试出波形的那种喜悦，体会到成功来自于汗水，体会到成果的来之不易。

在实验过程中，我们遇到了不少的问题。

比如：

波形失真，甚至不出波形这样的问题。

在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啦。

实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点，实在令我感动。

6、参考文献

[1]童诗白，华成英．模拟电子技术基础[M]．北京：

高等教育出版社，2006．