1、电子课程设计多种波形发生器陈天野 2课题名称 多种波形发生器 院（系） 信息工程系 专 业 通信工程 班 级 0902 学 生 陈天野 时 间 2011.12.26 指导教师签名： 栾华东 一设计内容、要求及设计方案1、任务设计一个多钟波形发生器。2、要求 1）输出的各种波形工作频率范围0.02 Hz20 kHz连续可调； 2）正弦波幅值l0V，失真度小于1.5； 3）方波幅值l0V； 4）三角波峰一峰值20V；各种输出波形幅值均连续可调；3、总体方案设计 1）设计思路 波形产生电路通常可采用多种不同电路形式和元器件获得所要求的波形信号输出。波形产生电路的关键部分是振荡器，而设计振荡器电路的关
2、键是选择有源器件，确定振荡器电路的形式以及确定元件参数值等。具体设计可参考以下思路。 用正弦波振荡器产生正弦波输出，正弦波信号通过变换电路得方波输出（例如用施密特触发器），用积分电路将方波变换成三角波或锯齿波输出； 利用多谐振荡器产生方波信号输出，用积分电路将方波变换成三角波输出，用折线近似法将三角波变换成正弦波输出； 用多谐振荡器产生方波输出，方波经滤波电路可得正弦波输出，方波经积分电路可得三角波输出；二、设计方案 1）设计方案 此次，多种波形发生器的实验，从设计思路可以看出，主要用到了正弦波振荡器，施密特触发器，积分电路等。基于本学期我们已经掌握的模拟电路课程的知识。我采用了如下设计方案：
3、1. 用正弦波振荡器产生正弦波输出，其中的选频网络可以调整输出波形的频率。2. 用施密特触发器使正弦波信号通过变换电路得方波输出。3. 用积分电路将方波变换成三角波输出。从而得到能发出三种波形的波形发生器。 2）原理框图 多种波形发生器原理框图如图1所示。 文氏桥振荡器(RC串并联正弦波振荡器)产生正弦波输出，其主要特点是采用RC串并联网络作为选频和反馈网络，其振荡频率f0=l/(2RC)，改变RC的数值，可得到不同频率的正弦波信号输出。用集成运放构成电压比较器，将正弦波信号变换成方波信号输出。用运放构成积分电路，将方波信号变换成三角波信号输出。 图1 多种波形发生器原理框图 整个电路主要是由
4、3大部分组成，即文氏电桥振荡器，方波形成电路，三角波形成电路。三、电路的设计 RC正弦波振荡电路由两部分组成：其中一部分为放大电路；另一部分为选频网络，以达到输出的各种波形工作频率范围0.02 Hz20 kHz连续可调的目的。 其原理图如下所示： 图中，左边框中的内容为选频网络，右边框中的内容为放大电路。文氏桥正弦波发生器是由集成运放和文氏桥反馈电路组成的。图中，C1,R3和C2,R4是文氏桥的两臂，构成正反馈电路；电阻R1和R2构成负反馈电路；振荡条件由两个反馈电路的参数决定。文氏桥正弦波发生器用来产生低频正弦信号。为便于起振，要适当削弱负反馈，即R1比理论值略大些或R2比理论值略小些。 根
5、据如上原理图，我设计了文氏电桥振荡器电路，并使用Multisim对该单元电路功能进行仿真测试。 最上方为选频网络， 考虑到输出正弦波的稳定，我在文氏电桥振荡器电路中增加了稳压的部分，以达到输出正弦波稳定的作用。其稳压的工作原理如下：1） 当6端即输出端的输出电压增大时，由于二极管的单向导电性和导电后钳位的特点，输出端电压增加便会导致2端即反相输入端的电压的增加，使V3-V2的值减小，从而使输出适当的变小，以达到稳压的目的。2） 同理，当6端即输出端的输出电压减小时，由于二极管的单向导电性和导电后钳位的特点，输出端电压减小便会导致2端即反相输入端的电压的减小，使V3-V2的值增加，从而使输出适当
6、的增加，以达到稳压的目的。 此文氏电桥振荡器电路输出的正弦波形如下：如图所示,正弦波幅值在误差允许的范围内，失真度小于1.5四设计过程中所遇到的各种问题在设计中，我遇到的问题有：1）在如上图所示的文氏电桥振荡器电路中，频率不能达到连续可调。根据式：。于是我想到用可变电阻代替原来的定值电阻，通过改变电阻的阻值，使频率能在一定范围内连续可变。2）由于起初的输出不稳定，我想到了使用二极管单向导电和钳位的特性，从而达到了稳定输出的目的。五使用Multisim对总体电路功能进行仿真测试首先对各部分电路进行分析1）用正弦波振荡器产生正弦波输出，如图Multisim仿真图：2）用施密特触发器使正弦波信号通过
7、变换电路得方波输出部分如图，为使用555电路设计的施密特触发器用来输出方波。Multisim仿真图：输出的方波波形：3） 使用积分电路将方波转换为三角波部分。其原理图如下：Multisim仿真图：输出三角波波形：最终将各部分电路组合成多种波形发生器如图,为我们设计的多种波形发生器，能产生三种波形：正弦波，方波和三角波。文氏电桥振荡器电路，施密特触发器电路和积分电路,分别输出正弦波，方波和三角波。如图，两个示波器显示如下：输出方波和正弦波：输出三角波：六心得体会 通过对多种波形发生器的设计，我把理论联系到实际，把这个学期所学的模拟电路的知识和数字电路的知识真正在实践中联系起来。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么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。在整个设计过程中，我感觉调试部分是最难的，因为理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，因此我在这方面也花了很多的时间进行经验的积累。
