波形产生和变换电路

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。

脉冲波形的产生与变换脉冲信号是数字电路中最常用的工作信号。

脉冲信号的获得经常采用两种方法：一是利用振荡电路直接产生所需的矩形脉冲。

这一类电路称为多谐振荡电路或多谐振荡器；二是利用整形电路,将已有的脉冲信号变换为所需要的矩形脉冲。

这一类电路包括单稳态触发器和施密特触发器。

这些脉冲单元电路可以由集成逻辑门构成,也可以用集成定时器构成。

下面先来介绍由集成门构成的脉冲信号产生和整形电路。

9.1 多谐振荡器自激多谐振荡器是在接通电源以后,不需外加输入信号,就能自动地产生矩形脉冲波。

由于矩形波中除基波外,还含有丰富的高次谐波,所以习惯上又把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。

多谐振荡器通常由门电路和基本的RC电路组成。

多谐振荡器一旦振荡起来后,电路没有稳态,只有两个暂稳态,它们在作交替变化,输出矩形波脉冲信号,因此它又被称作无稳态电路。

9.1.1门电路组成的多谐振荡器多谐振荡器常由TTL门电路和CMOS门电路组成。

由于TTL门电路的速度比CMOS门电路的速度快, 故TTL门电路适用于构成频率较高的多谐振荡器,而CMOS门电路适用于构成频率较低的多谐振荡器。

(1)由TTL门电路组成的多谐振荡器由TTL门电路组成的多谐振荡器有两种形式：一是由奇数个非门组成的简单环形多谐振荡器；二是由非门和RC延迟电路组成的改进环形多谐振荡器。

①简单环形多谐振荡器uo(a) (b)图9－1 由非门构成的简单环形多谐振荡器把奇数个非门首尾相接成环状,就组成了简单环形多谐振荡器。

图9－1（ａ）为由三个非门构成的多谐振荡器。

若uo的某个随机状态为高电平,经过三级倒相后,uo跳转为低电平,考虑到传输门电路的平均延迟时间tpd,uo输出信号的周期为6tpd。

图9－1（ｂ）为各点波形图。

简单环形多谐振荡器的振荡周期取决于tpd,此值较小且不可调,所以,产生的脉冲信号频率较高且无法控制,因而没有实用价值。

改进方法是通过附加一个RC延迟电路,不仅可以降低振荡频率,并能通过参数 R、C控制振荡频率。

XXXXXXXX学院课程设计说明书课程名称：电力电子技术设计题目：方波产生和波形变换电路班级：XXXXXXXXXXXXXXX姓名：XXXX学号：XXXXXXXXXXX指导老师：XXXX设计时间：XXXXXXXXXXXXX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，而我们设计的正是多种波形发生器。

本设计将介绍由集成运算放大器组成的方波-----三角波----正弦波函数发生器的设计方法，了解多功能集成电路函数信号发生器的功能及特点，进一步掌握波形参数的测试方法。

制作这种低函数信号发生器成本较低，适合学生学习电子技术测量使用。

制作时只需要个别的外部元件就能产生从1—10HZ，10—100HZ的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。

输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。

其中比较器与积分电路和反馈网络（含有电容元器件）组成振荡器，其中比较器产生的方波通过积分电路变换成了三角波，电容的充，放电时间决定了三角波的频率。

最后利用差分放大器传输特性曲线的非线性特点将三角波转换成正弦波。

电压比较器实现方波的输出，又连接积分器得到三角波，并通过三角波-正弦波转换电路看到正弦波，得到想要的信号。

NI Multisim 软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能过快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。

本设计就是利用Multisim软件进行电路图的绘制并进行仿真。

关键字：波形、比较器、积分器、MultisimAbstractWaveform generator is widely used in universities and scientific research. With the progress of science and technology, the development of the society, a single waveform generator has can't satisfy people's needs, and our design is a variety of waveform generator. This design introduces the integrated operational amplifier composed of square wave -- -- -- -- -- the design method of the triangle wave, sine wave function generator, understand the multi-function integrated circuit functions and characteristics of function signal generator, further grasp the waveform parameter test methods. To make this kind of function signal generator with low cost, suitable for students learning electronic technology measure. Need only when making individual external components can produce from 1-10 hz, 10-100 hz low distortion of sine wave, triangular wave and square wave pulse signal. The output waveform frequency and duty ratio can also be controlled by current or resistance. The comparator and integral circuit and the feedback network (containing the capacitance component) oscillator, the comparator of square wave by integrating circuit transformation becomes a triangle wave, capacitance charging, discharge time determines the frequency of the triangular wave. Finally using the nonlinear characteristics of the differential amplifier transmission characteristic curve of converting triangular wave into sine wave.Voltage comparator for the square wave output, and connect the integrator by triangle wave, and see the sine wave by triangle wave, sine wave conversion circuit, achieve the desired signal.NI Multisim software combines intuitive capture and functional simulation, can quickly, easily and effectively carried out on the circuit design and verification. This design is to use Multisim software to draw and carry on the simulation of circuit diagram.Key words: waveform, comparator, integrator, Multisim目录一、设计目的及要求 (4)1.1设计目的 (4)1..2设计内容与要求 (4)二、函数发生器的组成 (4)2.1原理框图 (4)2.2原理分析 (5)三、系统中各模块设计 (5)3.1 方波-三角波 (5)3.2三角波-正弦波转换电路 (8)3.3总电路图 (10)四、OPA2541的功能介绍 (10)五、结果分析 (11)六、课程设计中的收获和体会 (11)参考文献 (12)附录 (13)方波产生和波形变换电路一、设计目的及要求1.1设计目的1.了解集成运放电路的组成和使用；2.了解集成运放几种典型应用电路的工作原理；3.掌握利用运算放大器设计方波产生电路、波形变换电路和调试的方法。

第八章 脉冲波形的变换与产生555定时器及其应用 1.电路结构及工作原理 555定时器内部由分压器、 电压比较器、RS 锁存器（触发器）和 集电极开路的三极管T 等三部分组成， 其内部结构及示意图如图22a)、22b)所示。

在图22b ）中，555定时器是 8引脚芯卡，放电三极管为外接电 路提供放电通路，在使用定时 器时，该三极管集电极 （第7脚）一般要接上拉电阻，1C 为反相比较器，2C 为同相比较器，比较器的基准电压由 电源电压CC V 及内部电阻分压 比决定，在控制CO V （第5脚）3V cc触发输入VI2阀值输入VI1控制电压VCO 12345678GND 触发输出复位控制电压阀值放电V cc 555图22b) 引脚图悬空时，CC R V V 321=、CC R V V 312=;如果第5脚外接控制电压， 则=1R V CO V 、212=R V CO V ，d R 端（第4脚）是复位端，只要d R 端加上低电平，输出端（第3脚）立即被置成低电平，不受其它输入状态的影响，因此正常工作时必须使d R 端接高电平。

由图22a)，1G 和2G 组成的RS 触发器具有复位控制功能，可控制三极管T 的导通和截止。

由图22a)可知，当1i V >1R V （即1i V >CC V 32）时，比较器1C 输出0=R V当2i V >2R V （即>2i V CC V 31）时，比较器2C 输出1=S VRS 触发器Q ＝03G 输出为高电平，三极管T 导通，输出为低电平（0=o V ）当1i V <1R V （即1i V <CC V 32）,2i V CC V 31<时，比较器1C 输出高电平，1=R V ，2C 输出为低电平0=S V基本RS 触发器Q ＝1，3G 输出为低电平，三极管T 截止，同时4G 输出为高电平。

当1i V >1R V （即1i V >CC V 32）时，比较器1C 输出0=R V当2i V <2R V （即2i V CC V 31<）时，比较器2C 输出0=S V⇒1G 、2G 输出Q ＝1，1=Q 同进T 截止，4G 输出为高电平 这样，就得到了表２所示555功能表。

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。