实验五++波形发生与变换电路设计

践，理论与实践结合，可以使学生更好地理解相关理论知识，提升学生的基本技能，与此同时提高学生的创新能力，又为进一步将理论应用于实践提供了锻炼的机会。

实践教学手段包含专业课程相关的实验、实训以及课程设计等。

与单纯的理论授课相比较，实践实验教学环节更能激发学生的学习兴趣，提高学生的实践动手能力，尤其设计性的实践环节，更能提升学生运用理论基础知识进行相关课题的设计能力。

通常情况下，对于设计性实践内容，需要学生根据选题及设计要求，独立或分组完成相应的方案设计，交给指导老师审阅，之后进行硬件组装调试，从而整体完成对电子电路的工程实践操作。

在传统的设计过程中，学生首先要查阅相关资料，结合设计要求确定合理的整体框架，然后设计电路，选择合适的元件进行电路组装调试。

通常，这种传统的设计方式需要花费学生包括指导教师大量的时间，耗时耗力，并且在电路设计调试结果出不来的情况下，很难更改电路，以至于很难顺利完成相应内容设计。

随着电子计算机技术的不断发展，与此同时出现了很多电路设计相关的EDA仿真软件，在电路设计中起到了很大的作用，使学生的电路设计能力以及设计水平在很大程度上得到了提高和改善。

Multisim仿真软件就是一款比较有效且简单易学的电路设计仿真软件。

Multisim仿真软件主要是在计算机上实现电子电路功能的设计以及性能分析，使学生设计的电路只需模拟调试成功即可组装电路，既节约了设计时间，又可避免在这一设计过程中采用传统方式可能带来的元件损耗，这是对传统实践教学方法的充实与改进，它使设计的方法和手段现代化[1]。

利用Multisim仿真软件这款电路设计与仿真的EDA软件，使实践教学环节更加丰富有趣，学生根据虚拟仪器仪表的测试等，合理设计自己的内容，对于进一步提高实践教学当今社会，随着电子技术的飞速发展，基本已经不存在纯手工设计电子产品。

对于现代化的电子产品设计的过程，首要的工作是确定产品要实现的功能，接着对电路原理图进行设计、进行PCB 版图设计、结合程序设计等步骤，这些设计工作都是在计算机上得以实现。

一、实验目的：1、通过设计电路，掌握电路的设计原则和设计方法。

2、研究RC 电路在方波脉冲激励情况下，响应的基本规律和特点。

3、设计一个简单的RC 微分电路，将方波变换成尖脉冲波。

4、设计一个简单的RC 积分电路，将方波变换成三角波。

二、实验原理：1、一阶RC 电路的方波响应一阶RC 串联电路如图所示，图中的方波为电路的激励。

从时间0＝t 开始，因激励为i u ，其电容电压为：)1(τti C e u u --＝，为零状态相应（设电容初始电压为零）。

当0＝t 时，0＝C u 。

当τ5＝t 时达到稳态i C u u ＝。

如果电路时间常数较小，则在0～t 1响应时间范围内，电容充电可以达到稳态值i u 。

因此在0～t1范围内)(t u C 为零状态响应。

从时间1t t ＝开始因激励为零，其电容电压为：τti C e u u -＝，为零输入相应。

当1t t ＝时，i C u u ＝。

当τ5＝t 时达到稳态0＝C u 。

如果电路时间常数较小，电容C 在t 1～t 2范围内放电完毕，这段时间范围内电路响应为零输入响应。

第二周期重复第一周期过程。

2、微分电路一阶RC 串联电路在一定条件下，可以近似构成微分电路。

微分电路是一种常用的波形变换电路，它可以将方波电压转换成尖脉冲电压。

如图19－3所示是一种最简单的微分电路。

当电路时间常数远小于输入的方波脉冲T 0时，则在方波电压作用的时间内，电容器暂态过程可以认为早已结束，于是暂态电流或电阻上的电压就是一个正向尖脉冲，如图所示。

在方波电压结束时，输入电压跳至零，电容器放电，放电电流在电阻上形成一个负向尖脉冲。

因时间常数相同，所以正负尖脉冲波形相同。

由于T 0>>R C ，所以暂态持续时间极短，电容电压波形接近输入方波脉冲，故有U C (T)≈u 1(t)。

因为dt t dUc Ct i C )()(＝ 所以dtt dU RC dt t dUc RC t u i R )()()(≈＝ 该式说明输出电压u R (t)近似与输入电压u i (t)的微分成正比，因此称为微分电路。

电子技术课程设计报告——波形产生及变换姓名：Frege专业班级：电气合1402所属学院：电气工程与自动化学院指导老师：王允建2016 年7 月1 日波形产生与变换电路的设计摘要波形发生器广泛地应用于各大院校和科研场所。

随着科技的进步，社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的需求。

本文利用555定时器构成多谐振荡器产生方波，然后分别通过积分、滤波电路输出三角波、正弦波、三倍频率正弦波。

放大器件为LM324N四路放大器，以积分、傅立叶分解等为理论基础，通过运放构成的各种滤波电路对方波进行各种波形变换。

它的制作成本不高，电路简单，使用方便，有效的节省了人力，物力资源，具有实际的应用价值。

实验包括仿真与实际连线两步，仿真采用Multisim仿真软件，连线采用面包板。

关键词：555定时器；LM324N四路放大器；Multisim仿真；面包板接线The design of the signal andconversion circuitAbstractWaveform generators are widely used in major universities and research establishments. With advances in technology, social development, a single waveform generator already cannot satisfy people's needs. In this paper constitutes a 555 timer multivibrator generating a square wave, then respectively through integral, filter circuit and output triangle wave, sine wave, triple frequency sine wave. Amplifying device is LM324N, based on the theory of integral, Fourier decomposition and so on, through the op-amp composition of various filter circuit wave for the various waveform transformation. Its production cost is not high, the circuit is simple, easy to use, effectively saving manpower, material resources, have practical value. Experiments include simulation and actual connection step, simulation using Multisim simulation software, connect using breadboard.Keywords: 555 timer; LM324N four-way amplifier; Multisim simulation;breadboard connection目录1 设计指标及要求 (1)2 设计思路及系统框图 (1)2.1 设计思路 (1)2.2 系统框图 (2)3 各单元硬件电路设计 (2)3.1 555定时器 (2)3.1.1 555定时器电路组成： (2)3.1.2 555定时器引脚的作用： (3)3.1.3 555定时器基本功能 (4)3.2 方波产生电路 (5)3.3 三角波产生电路 (7)3.4 正弦波产生电路 (8)3.5 三次正弦波发生电路 (10)4 完整电路图及其仿真 (10)5 面包板接线图及实验结果分析 (12)6 元器件清单 (14)7 心得体会 (15)1 设计指标及要求设计一波形产生变换电路，输出方波、三角波、正弦基波和正弦三次谐波。

波形产生与变化课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解波形的基本概念，掌握常见波形的特点及其数学表达方式；2. 学习波形产生与变化的基本原理，掌握振荡器、放大器等基本波形产生与变化电路的工作原理；3. 了解波形测量与分析的方法，掌握示波器等实验仪器的使用。

技能目标：1. 能够运用所学知识，设计简单的波形产生与变化电路；2. 能够使用示波器等仪器进行波形测量，对测量结果进行分析与处理；3. 能够运用波形分析软件对实验数据进行处理，得出相应结论。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对波形产生与变化现象的好奇心和探究欲望，激发学生学习物理的兴趣；2. 培养学生的团队合作意识，学会在实验中互相配合、共同解决问题；3. 引导学生认识到波形技术在现实生活中的应用，增强学生的科技意识和创新意识。

课程性质：本课程为物理学科选修课程，旨在帮助学生掌握波形产生与变化的基本原理，培养实验操作能力和科学思维能力。

学生特点：本课程面向高中二年级学生，学生已具备一定的物理基础知识，对物理现象有较强的观察力和探究欲望。

教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论联系实际，强调实验操作与数据分析，提高学生的实践能力和创新能力。

在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 波形基本概念：介绍正弦波、方波、三角波等常见波形的特点及其数学表达方式；分析不同波形在电子技术中的应用。

2. 波形产生与变化原理：讲解LC振荡器、RC振荡器等基本波形产生电路的原理；介绍放大器、滤波器等波形变化电路的工作原理。

3. 波形测量与分析：教授示波器等实验仪器的使用方法，学习如何对波形进行测量、观察和分析；介绍波形分析软件的使用。

4. 实践操作：设计并搭建简单的波形产生与变化电路，进行实验操作，观察波形变化，分析实验结果。

5. 教学大纲安排：- 第一课时：波形基本概念及数学表达；- 第二课时：LC振荡器与RC振荡器原理；- 第三课时：放大器与滤波器原理；- 第四课时：波形测量与分析方法；- 第五课时：实践操作与实验结果分析。

波形变换电路课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握波形变换电路的基本原理，了解不同类型的波形变换电路及其特点。

2. 学会分析波形变换电路的数学模型，理解其频率、幅度、相位等参数对波形变换的影响。

3. 能够运用所学知识，设计简单的波形变换电路，并进行仿真验证。

技能目标：1. 培养学生运用波形变换电路知识解决实际问题的能力，提高电路设计与分析技能。

2. 培养学生使用相关软件（如Multisim、Proteus等）进行电路仿真和调试的能力。

3. 提高学生的团队协作和沟通能力，通过项目实践，培养学生的动手操作和问题解决能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣和热情，激发学生主动探索波形变换电路的内在规律。

2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的真实性，养成良好的实验习惯。

3. 增强学生的环保意识，关注电子技术在环境保护方面的应用，培养学生的社会责任感。

课程性质分析：本课程属于电子技术领域，以实践操作和理论分析相结合的方式进行教学。

学生特点分析：学生具备一定的电子技术基础，具有较强的求知欲和动手能力，但对波形变换电路的了解有限。

教学要求：结合学生特点，采用项目驱动、任务导向的教学方法，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力。

通过课程目标的具体分解，确保学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得预期成果。

二、教学内容1. 波形变换电路基本原理- 波形变换的定义与分类- 常见波形变换电路的工作原理与特点2. 波形变换电路数学模型- 振荡电路的数学模型- 非线性元件对波形变换的影响- 波形变换电路的频率、幅度、相位分析3. 波形变换电路设计与仿真- 555定时器在波形变换电路中的应用- 运算放大器在波形变换电路中的应用- 基于Multisim、Proteus等软件的电路仿真与调试4. 实践项目：波形变换电路设计与制作- 项目任务分解与团队协作- 电路设计与原理图绘制- 电路板制作与调试- 实验数据收集与分析教学内容安排与进度：第一周：波形变换电路基本原理及分类第二周：波形变换电路数学模型分析第三周：555定时器与运算放大器在波形变换电路中的应用第四周：实践项目启动，进行电路设计与原理图绘制第五周：电路板制作与调试，进行实验数据收集与分析第六周：总结与成果展示，课程评价与反馈教材章节关联：本教学内容与教材中“波形变换电路”章节相关，涉及教材第3章第1节至第3节的内容，以及第6章“实践项目”部分。

波形产生电路与变换电路波形产生电路：产生各种周期性的波形。

波形变换电路：将输入信号的波形变换成为另一种形状。

§1 非正弦波产生电路矩形波、锯齿波、三角波等非正弦波，实质是脉冲波形。

产生这些波形一般是利用惰性元件电容C和电感L的充放电来实现的，由于电容使用起来方便，所以实际中主要用电容。

一、利用电容器充放电产生脉冲波形(产生脉冲波形的基本原理)电路如下图，如果开关K在位置1，且稳定，突然将开关K扳向位置2，则电源U CC通过R对电容C充电，将产生暂态过程。

τ－时间常数，它的大小反映了过渡过程(暂态过程)的进展速度，τ越大，过渡过程的进展越慢。

τ近似地反映了充放电的时间。

u c(0+)—响应的初始值u c(∞)—响应的稳态值对于充电，三要素的值分别为：u c(0+)=0 u c(∞)=U CCτ充＝RC稳定后，再将开关K由位置2扳向位置1，则电容器将通过电阻放电，这又是一个暂态过程，其中三要素为u c(0+)=U CC u c(∞)=0 τ放＝RC改变充放电时间，可得到不同的波形。

如果τ充=τ放=RC<<T，可得到近似的矩形波形；如果τ充=τ放=RC>>T，可得到近似的三角波形；如果τ充> >τ放，且τ充>>T，可得到近似的锯齿波形。

将开关周期性性地在1和2之间来回扳动，则可产生周期性的波形。

在具体的脉冲电路里，开关由电子开关完成，如半导体三极管来完成，电压比较器也可作为开关。

我们讨论用电压比较器的积分电路组成的非正弦波产生电路。

二、矩形波产生电路1. 基本原理利用积分电路(RC电路的充放电时的电容器的电压)产生三角波，用电压比较器(滞回)(作为开关)将其转换为矩形波。

2. 工作原理电路如图充电放电3. 振荡周期的计算，其中：，，代入上式得：同理求得：则周期为：从前面我们可知，矩形波的占空比为占空比可调电路如图所示：可求出占空比：占空比：三、三角波产生电路1．电路组成从矩形波产生电路中的电容器上的输出电压，可得到一个近似的三角波信号。