课程名称： 电子技术课程设计
题 目： 一种简单的多种波形发生电路的设计 系 （院）： 电子工程学院 学 期： 08—09—2 专业班级： 姓 名： 学 号：
一
简的种形生
种单多波发电
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评语： 成绩： 签名： 日期： 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸
路的设计
1引言
运算放大器是模拟电路中的特殊放大器，只要适当选取外部元件，就能构成各种运算电路，如放大、加法、减法、微分和积分等，并因此而得名。自20世纪60年代集成运放问世以来，运放各个系列产品层出不穷，以价格低、性能优得到广泛应用，现已持续不断地渗透到模拟和混合模拟一数字电子学的各个领域。集成运放应用范围十分广泛，有基本放大电路、比较器电路、简单滤波器电路等。正弦波、三角波、矩形波等波形产生电路也可由此产生。在介绍运放组成相应电路的同时，也介绍一些典型的专用集成电路如集成测量放大器、单片有源滤波器、单片集成比较器及其应用电路等。信号发生器是一种能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路。信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。通过对波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波，锯齿波、方波的函数波形发生器。
本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波-锯齿波函数发生器的设计方法，先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，再通过差分放大器形成正弦波，最后通过比较器形成锯齿波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。
2设计目的
（1）掌握方波—三角波——正弦波—锯齿波信号发生器的原理及设计方法。 （2）掌握迟滞型比较器的特性参数的计算。 （3）了解单片集成函数发生器的工作原理及应用。 （4）能够使用电路仿真软件进行电路调试。 （5）掌握电子系统的一般设计方法。
（6）培养综合应用所学知识来指导实践的能力。 （7）掌握常用元器件的识别和测试。
（8）熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。
3设计内容及要求
3.1课程设计的内容
（1）该发生器能自动产生正弦波、三角波、方波，锯齿波。 （2）函数发生器以集成运放和晶体管为核心进行设计 （3）指标：
输出波形：正弦波、三角波、方波，锯齿波 频率范围：1Hz~10Hz，10Hz~100Hz
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输出电压：方波VP-P≤24V，三角波VP-P=8V，正弦波VP-P＞1V； （4）对单片集成函数发生器应用接线进行设计。 3.2课程设计的要求 （1）提出具体方案
（2）给出所设计电路的原理图。 （3）进行电路仿真，PCB设计 （4）输出波形的频率连续可调。 （5）三角波输出波形幅值连续可调。 （6）设计电路所需的直流电源。
（7）用分立元件和运放设计的波形发生器要求先用pspice或ewb进行电路仿真分析，仿真结果正确后，在进行安装调试。
4总体方案设计
4.1原理框图
4.2 函数发生器的总方案
函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波、矩形波及锯齿波、阶梯
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波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波-锯齿波函数发生器的设计方法。
产生矩形波、方波、三角波、锯齿波的方案有多种，本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成锯齿波和矩形波的电路设计方法 本课题中函数发生器电路组成框图如上所示：
由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到锯齿波的变换电路主要由比例运算放大器来完成，而三角波到矩形波的变换主要是通过比较器和积分器来实现的。
5单元电路的设计
5.1方波发生电路的工作原理
集成运放A，电阻R1,R2,R3和双向稳压管组成反向滞回比较器，起开关作用；RC电路起反馈和延迟作用，电容C连到A的反向输入端，以控制滞回比较器的工作状态。滞回比较器输出电压Uo有两个工作状态：高电平+Uz和低电平-Uz，两个状态的翻转是通过RC电路的充放电改变滞回比较器的输入实现的。假设t=0时，电容C上电压Uo为0，输出电压为高电平，即Uo=+Uz，则集成运放同向输入端的电位U+=滞回比较器的第一阈值电压Uth1，即U1={R1/(R1+R2)}*Uz。输出端的高电平通过电阻R对电容C充电，电容电压Uc上升到略大于Uth1时，集成运放方向输入端电位U-大于同向输入端电压，输出电压发生越变，从高电平变为低电平；于是集成运放同向输入端电压立即变为第二阈值电压Uth2，即U+=【-R1/(R1+R2)】*Uz，输出电压变为低电平后，电容C将通过R先放电再充电，电容电压Uc随时间下降，放电过程如下图（a）虚线所示。当Uc下降到略小于Uth2时，集成运放反向输入端电位小于同向输入端电位，滞回比较器输出状态发生另一次越变，输出电压从低电平重新跳回到高电平。C又重新充电，周期性地重复上述过程。在电路稳定以后，电容C的充放电时间常数相等，并且两次越变时电容电压变化的幅值也相等，所以在一个周期内Uo的高低电平时间相等，即Uo是连续的方波。如（b）所示。
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方波发生电路图
5.2方波---三角波转换原理
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方波三角波转换电路图
波形图
电压传输特性
在图所示电路中，积分电路的输出电压Uo作为滞回比较器的输入电压，而滞回比较器的输出电压Uo1又作为积分电路的输入电压；由于采用反向电路取代RC电路，为满足相位关系，该电路选用同向滞回比较器。 分析同向滞回比较器可得其输出高低电平和阈值电压 Uoh=+Uz, Uol=-Uz; Ulrl=+R1*Uz/R2 Uth2=-R1*Uz/R2
当滞回比较器输出电压Uo1为高电平+Uz时，+Uz将通过电阻R对积分电容C反向充电，充电电流为-Uz/R，输出电压Uo按线性规律下降，当下降到滞回比较器的第二阈值电压时，集成运放A1的同向输入端电位U+=U-=0，再略下降就使得U+ 5.3三角波转化为锯齿波产生原理 如果把三角波输入到一个比例系数可控的比例运算电路，在三角波上升的半周期内，令运算电路的比例系数为1，事输出电压Uo的波形保持三角波的原有波形不变，而在三角波下降的半周期内，令运算电路的比例系数为1，使Uo的波形与原有波形反向，则Uo将为锯齿波。利用结型场效应管组成的电子开关实现了比例系数的可控性。当T得栅极电压为Uc为负，且幅值超过场效应管夹断电压时，T夹断。如果在输入三角波 第 6 页 共 11 页 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 电压U1上升的半周期内使场效应管的栅极控制电压Uc为负半周，则T夹断，根据虚 短和虚断列出方程组 如果在u1下降的半周期内，uc为正，则T导通，电路等效为集成运放A同向端接地的反向比例运算电路。所以达到了三角波变锯齿波的目的。 锯齿波电路和波形 5.4矩形波发生电路 第 7 页 共 11 页 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 电路如图，它由迟滞比较器和积分电路构成。二极管D1和D2将将电容C的充电和放电电路分开，这样就可以通过改变电位器RP1滑动点的位置来改变电容C的充电和放电的时间常数，最后达到调节矩形波的目的。电位器RP1的滑动点将RP1分为RP*和RP@两个部分，而忽略二极管D1,D2的导通电阻，则电容C充电回路的电阻为R+RP@,,而放电回路的电阻为R+RP*。如果RP@ 6.1.方波-三角波中电容C1变化 将C2从10uf（理论时可出来波形）换成0.1uf时，可得出波形。实际上，分析一下便知当C2=10uf时，频率很低，不容易在实际电路中实现。 第 8 页 共 11 页 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 6.2参数的选择 频率：0～10MHz（正弦波、矩形波），0～200kHz(其它)，除干扰·DC 电源：AC100v/120v/200v/230v+-10%(自动切换) 电压设定量程：峰值±0.1V/±1V/±10V（分辨率0.01mV～1mV） 最小负载阻抗：40Ω 输出阻抗：50Ω±2%（DC） 上升与下降时间：45ns以内（10～90%，设定为通过过滤器，矩形波） 7总电路图 先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，然后通过比较器形成锯形波，再通过比例运算放大器将三角波转换为锯齿波。图所示电路由四运放和少量电阻电容组成。以集成运放为核心器件可将图分为四个部分。设集成运放输出电压最大值为+Uom，最小值为-Uom。A1工作在开环状态，且同向输入端接地，组成过零比较器。其输出高低平决定于集成运放输出电压的幅值。A2,R1,C1组成积分电路，其输出电压为U02=-U01（t2-t1）/R1C1+U02(t1).A3组成电压比较器为单限比较器，其阈值电压为-Uref,输出电平为2U0，输出低电平为-Uom.A4、R2、C2组成积分电路 A1及A2的电压传输特性 第 9 页 共 11 页 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 8系统所需的元器件 1模电实验箱 2双踪示波器 1台 3交流毫伏表 4数字频率计 5uA741*2 6电阻电容若干 7实验板 1台 8二极管三极管 若干 9参考文献 [1]王 远．模拟电子技术(第二版)[M]．北京：机械工业出版社，2000 [2]谢自美．电子线路设计实验测试(第二版)[M]．武昌：华中科技大学出版社，2000 [3]谢 云．现代电子技术实践课程指导。机械工业出版社 [4]童诗白．模拟电子技术[M]．清华大学出版社 [5]高吉祥 电子技术基础试验与课程设计 国防科技大学 [6]曾建唐．电工电子实践教程[M]．北京：机械工业出版社，2002 10心得体会 为期两个礼拜的课程设计转眼就结束了。在这两个礼拜的时间里，我收获的不仅是知识，更是一种研究的精神。 一开始，我根本什么都不会，以前虽然学习了电路和低频电子线路，但是那只是照本宣科，只能应付得了考试，让我根据所学知识设计东西还真是头一回。没有实战经验的我，只能到图书馆把相关的书籍都翻了出来，然后一点一点地了解。 通过这次课程设计，我有以下几点体会： 一、温故而知新。课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，便重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识， 第 10 页 共 11 页 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。 二、团结就是力量。课程设计的过程中确实有很多拦路虎，但是每组有九个人的我们充分利用人力资源，明确分工，积极合作。三个臭皮匠也顶过一个诸葛亮，更何况我们有就个人呢。通过大家共同的努力，再困难的事情也能迎刃而解了。 三、实践出真知。通过历史的学习，我一直谨记其中的一句话：实践是检验真理的唯一标准。以前虽然理解但却没有能够亲身体验这句话。通过这一次课程设计，在设计的过程中，我们自己动手动脑，验证了这一话的正确性。 四、创新求发展。“创新”目前在我国已经提升到国家发展战略地位，足见“创新”的举足轻重。因此，我们要从小处着手，顺应时代发展潮流，在课程设计中不忘在小处创新，未必是创新技术，但凡创新思维亦可，未必成功，只要实现创新思维培育和锻炼即可。 五、过而能改，善莫大焉。至善至美，是人类永恒的追求。但是，不从忘却“金无足赤，人无完人”，我们换种思维方式，去恶亦是至善，改错亦为至美。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。 这一次的课程设计只是我们大学生活的第一次课程设计，它说明我们离本专业越来越近了。这些实践性的课程不仅使学习方法多样化，也为我们进一步理解专业知识和以后工作打下了良好的基础。 第 11 页 共 11 页 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容