模擬電子方波-正弦波-三角波轉換全解

本文格式為Word版，下載可任意編輯——模擬電子方波—正弦波—三角波轉換全解吉林建筑大學城建學院電氣信息工程系課程設計第1章緒論

1.1簡介

在人們認識自然、改造自然的過程中，經常需要對各種各樣的電子信號進行測量，因而如何根據(jù)被測量電子信號的不同特征和測量要求，靈活、快速的選用不同特征的信號源成了現(xiàn)代測量技術值得深入研究的課題。信號源主要給被測電路提供所需要的已知信號(各種波形)，然后用其它儀表測量感興趣的參數(shù)?？梢娦盘栐丛诟鞣N試驗應用和試驗測試處理中，它不是測量儀器，而是根據(jù)使用者的要求，作為鼓舞源，仿真各種測試信號，提供給被測電路，以滿足測量或各種實際需要。

波形發(fā)生器就是信號源的一種，能夠給被測電路提供所需要的波形。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術，由分立元件或模擬集成電路構成，其電路結構繁雜，不能根據(jù)實際需要靈活擴展。隨著微電子技術的發(fā)展，運用單片機技術，通過巧妙的軟件設計和簡易的硬件電路，產生數(shù)字式的正弦波、方波、三角波、鋸齒等幅值可調的信號。與現(xiàn)有各類型波形發(fā)生器比較而言，產生的數(shù)字信號干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠性高，特別是操作簡單便利。根據(jù)用途不同，有產生三種或多種波形的波形發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件(如低頻信號函數(shù)發(fā)生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。

信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產實踐和科技領域中有著廣泛的應用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。它用于產生被測電路所需特定參數(shù)的電測試信號。在測試、研究或調整電子電路及設備時，為測定電路的一些電參量，如測量頻率響應、噪聲系數(shù)，為電壓表定度等，都要求提供符合所定技術條件的電信號，以模擬在實際工作中使用的待測設備的鼓舞信號。當要求進行系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性測量時，需使用振幅、頻率已知的正弦信號源。當測試系統(tǒng)的瞬態(tài)特性時，又需使用前沿時間、脈沖寬度和重復周期已知的矩形脈沖源。并且要求信號源輸出信號的參數(shù)，如頻率、波形、輸出電壓或功率等，能在一定范圍內進行確切調整，有很好的穩(wěn)定性，有輸出指示。信號源可以根據(jù)輸出波形的不同，劃分為正弦波信號發(fā)生器、矩形脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器和隨機信號發(fā)生器等四大類。正弦信號是使用最廣泛的測試信號。

現(xiàn)在,我們通過對函數(shù)信號發(fā)生器的原理以及構成設計一個能變換出正弦波、方波、三角波的簡易發(fā)生器。

眾所周知，制作函數(shù)發(fā)生器的電路有好多種。本次設計先通過RC正弦波振蕩電路產生正弦波，這是一種頻率可調的移相式正弦波發(fā)生器電路，其頻率穩(wěn)定一般為試驗所

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吉林建筑大學城建學院電氣信息工程系課程設計確定，然后可以通過改變電容值來改變再通過電壓比較器產生方波，最終通過積分電路形成三角波。此電路具有良好的正弦波和方波信號。它的制作成本不高，路簡單，使用便利，有效的節(jié)省了人力，物力資源。

信號發(fā)生器是電子測量領域中最基本、應用最廣泛的一類電子儀器。該函數(shù)發(fā)生器要求能輸出頻率范圍可調的正弦波、方波和三角波，能夠很好的實現(xiàn)本次試驗的目的,將一些線性和非線性的元件與集成運放組合,輸出性能良好的波形.由正弦波、方波或三角波的發(fā)生器產生相應的信號，通過相互轉換實現(xiàn)多種波形的輸出。正弦波可以由RC正弦波振蕩電路產生，之后通過過零比較器可產生方波，再積分可得三角波。通過調理RC振蕩電路中的振蕩電阻來實現(xiàn)頻率可調。通過調理比例運算電路的反饋電阻來實現(xiàn)幅度可調，最終做成要求的函數(shù)發(fā)生器。

1.2設計目的

1．把握電子系統(tǒng)的一般設計方法2．把握模擬IC器件的應用

3．培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力4．把握常用元器件的識別和測試

5．熟悉常用儀表，了解電路調試的基本方法

1.3設計任務

方波－三角波－正弦波函數(shù)發(fā)生器

①輸出波形頻率范圍為10Hz～10kHz且連續(xù)可調；②正弦波幅值為±2V；③方波幅值為2V；④三角波峰-峰值為2V。

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第2章試驗方案的設計

2.1原理框圖

三角波正弦波方波

積分電路低通濾波器電壓比較器圖2-1原理框圖

2.2正弦波發(fā)生電路的工作原理

一、產生正弦振蕩的條件:

正弦波產生電路的目的就是使電路產生一定頻率和幅度的正弦波，我們一般在放大電路中引入正反饋，并創(chuàng)造條件，使其產生穩(wěn)定可靠的振蕩。正弦波產生電路的基本結構是：引入正反饋的反饋網(wǎng)絡和放大電路。其中：接入正反饋是產生振蕩的首要條件，它又被稱為相位條件；產生振蕩必需滿足幅度條件；要保證輸出波形為單一頻率的正弦波，必需具有選頻特性；同時它還應具有穩(wěn)幅特性。因此，正弦波產生電路一般包括：放大電路；反饋網(wǎng)絡；選頻網(wǎng)絡；穩(wěn)幅電路個部分。

二、正弦波振蕩電路的組成判斷及分類：

(1)放大電路：保證電路能夠有從起振到動態(tài)平衡的過程，電路獲得一定幅值的輸

出值，實現(xiàn)自由控制。

(2)選頻網(wǎng)絡：確定電路的振蕩頻率，是電路產生單一頻率的振蕩，即保證電路產

生正弦波振蕩。

(3)正反饋網(wǎng)絡：引入正反饋，使放大電路的輸入信號等于其反饋信號。

穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是輸出信號幅值穩(wěn)定。

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吉林建筑大學城建學院電氣信息工程系課程設計三、判斷電路是否振蕩的方法：

(1)是否滿足相位條件，即電路是否正反饋，只有滿足相位條件才可產生振蕩。(2)放大電路的結構是否合理，有無放大能力，靜態(tài)工作是否適合；(3)是否滿足幅度條件。

四、正弦波振蕩電路檢驗：

(1)(2)(3)

則不可能振蕩；

振蕩，但輸出波形明顯失真；產生振蕩。振蕩穩(wěn)定后出波形的失真小。

。此種狀況起振簡單，振蕩穩(wěn)定，輸

五、RC正弦波振蕩電路：

常見的RC正弦波振蕩電路是RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路，它又被稱為文氏橋正弦波振蕩電路。串并聯(lián)網(wǎng)絡在此作為選頻和反饋網(wǎng)絡。

圖2-2RC橋式正弦波振蕩電路

w?wo?1RC時，RC選頻網(wǎng)絡的

RC橋式正弦波振蕩電路的構成如下圖。當

相移為零，這樣RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡送到運算放大器同向輸入端的信號電壓Vi與輸出電壓Vo同相，所以RC反饋網(wǎng)絡形成正反饋，滿足相位平衡條件。為使在震蕩建立期間信號做增幅震蕩，應選擇R1和R2可使Af≥3，保證

。因此它的起振

條件為：；它的振蕩頻率為：。它主要用于低頻振蕩。要想

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吉林建筑大學城建學院電氣信息工程系課程設計產生更高頻率的正弦信號，一般采用LC正弦波振蕩電路。它的振蕩頻率為：

。此外，石英振蕩器的特點是其振蕩頻率特別穩(wěn)定，它常用于振蕩

頻率高度穩(wěn)定的的場合。

RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅作用是靠兩個并聯(lián)的二極管組成的，當輸出信號較小時，二極管工作電流小，動態(tài)電阻大，電路的增益較大，引起增幅震蕩過程。當輸出幅度達到一定程度，二極管工作電流大，動態(tài)電阻小，電路的增益下降，電路的輸出電壓幅值將不再上升，從而使輸出電壓穩(wěn)定，以此來達到穩(wěn)幅的目的。

2.3正弦波變換成方波的工作原理

一、電壓比較器的功能：

電壓比較器是用來比較兩個電壓大小的電路，它的輸入信號是模擬電壓，輸出信號一般是只有高電平和低電平兩個穩(wěn)定狀態(tài)的電壓。利用電壓比較器可將各周期性信號轉換成矩形波。二、過零比較器：

參考電壓為零的比較器稱為過零比較器。按輸入方式的不同可分為反相輸入和同相