波形发生器课程设计标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
《波形发生器》
课程设计报告
专业：电气工程及其自动化
班级： 08级
姓名：王诗慧
指导教师：孟洁
2011年 11 月13日
目录
一、设计题目：波形发生器
二、设计目的
1、研究正弦波等振荡电路的振荡条件。
2、学习波形产生、变换电路的应用及设计方法以及主要技术指标的测试方法。
三、设计要求及主要技术指标
设计要求：设计并仿真能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。
1、方案论证，确定总体电路原理方框图。
2、单元电路设计，元器件选择。
3、仿真调试及测量结果。
主要技术指标
1、正弦波信号源：信号频率范围20Hz～20kHz 连续可调；频率稳定度较高。信号幅度可以在一定范围内连续可调；
2、各种输出波形幅值均连续可调，方波占空比可调；
3、设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出电压的范围。
四、仿真需要的主要电子元器件
1、运算放大电路
2、滑线变阻器
3、电阻器、电容器等
五、设计报告总结（要求自己独立完成，不允许抄袭）。
1、对所测结果（如：输出频率的上限和下限，输出电压的范围等）进行全面分析，总结振荡电路的振荡条件、波形稳定等的条件。
2、分析讨论仿真测试中出现的故障及其排除方法。
3、给出完整的电路仿真图。
4、体会与收获。
一、方案论证与比较
方案一：先用一块LM358运放做出方波经过积分电路获得三角波，再由三角波经过低通滤波转为正弦波。
.原理图及PCB 图
电 路 图
PCB 原 理 图
ＰＣＢ 封 装 图
五.电路的分析与计算
没有接通时，V V 00=，滞回比较器V0=+UZ ，则集成运放同相输入端
Z i V R R R V •+=212，同时Z V V +=0给C 充电，使VR 由0上升，在>R V Vi 之前，Z V V +=0不变；当 V >V i R 时，V0跳变到-VZ 。
当V0=-VZ 时,)(212z i V R R R V -+=,同时C 经R f 反向输入端等效电阻）使VR 降低，在VR ＞Vi 之前V0=-VZ 不变，当VR ＜Vi 时，Vi 跳变到+VZ
图5.0.1
（1）方波部分
方波的波幅由稳压管的参数决定，这里使用１０Ｖ，方波的周期取决于充放电回路RC 的数值。若R 或C 其中一个增大，τ和周期T 均会增大，频率f 也会增大。
计算周期T ：
通过对方波发生电路的分析，可以想象，与改变输出电压的占空比，就必须使电容正向和反向充电的时间常数不同。利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的通路，则占空比可调。
则可求出周期T：
带入值得T=s
f=1/T=20KHz
图5.0.2
（２）三角波部分
在方波发生电路中，当阈值电压数值较小时，可将电容两端的电压看成为近似三角波。所以只要将方波电压作为积分运算电路的输入，在其输出就得到三角波电压。如图5.2.2的仿真结果所示，当方波发生电路的输出电压u01=-Uz时，积分运算电路的输出电压u0将线性下降；而当u01=Uz时，将线性上升。
图5.2.1
积分电路的输入电压u01，而且u01不是+Uz，就是-Uz，所以输出电压的表达式为式中u0(t0)为初态时的输出电压。设初态时u01正好从-Uz跃变为+Uz,则式子变为积分电路反向积分，u0随时间的增长线性下降，一旦u0=-UT，再稍减小，u01将从+Uz跃变为-Uz。式子变为
U0(t1)为u01产生跃变时的输出电压。积分电路正向积分，u0随时间的增长线性增大，一旦u0=+UT，再稍加增大，u01将从-UZ跃变为+UZ，回到初态，积分电路又开始反向积分。电路重复上述过程，因此产生自己震荡。
由以上分析可知，u0是三角波，幅值为±UT；u01是方波，幅值为±UZ，由于积分电路引入了深度电压负反馈，所以在负载电阻相当大的变化范围里，三角波电压几乎不变。
设正向积分起始值为-UT，终了值为+UT，积分时间为二分之一周期，则有
+UT=
)
(
2
1
6
T
Z U
T
U
C
R
-
+
•
得出震荡周期
震荡频率
调节电路中的R5，可以改变震荡频率和三角波的幅值。
仿真结果：
图5.2.2
（3）正弦波部分
在三角波电压为固定频率或频变化很小的情况下，可以考虑用低通滤波（或带通滤波）的方法将三角波变换为正弦波，输入电压的频率等于输出电压的频率。
将三角波按傅里叶级数展开
其中Um是三角波的幅值。
电路如下图5.3.1
图5.3.1
仿真结果：
图5.3.2
方案二：由RC桥式正弦波振荡器产生正弦波，经过滞回比较器输出的方波经过积分器积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，然后经过同相输入迟滞比较器和充放电时间常数不等的积分器，共同组成锯齿波电压产生器电路。
总设计框图：
1.系统的全部功能、要求及技术指标
1.可实现正弦波，并且正弦波在信号频率范围20Hz～20kHz 连续可调；频率稳定度较高。实现了方波，三角波，锯齿波，并且信号幅度可以在一定范围内连续可调
2. 各种输出波形幅值均连续可调，方波占空比可调
2．确定设计框图（系统包含的单元电路及结构）和总体设计方案
