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波形发生器的整体电路设计

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目录第一章绪论- 1 -1 绪论………………………………...- 1 -第二章设计方案- 1 -2.1 方案………………………………- 1 - 2.2方框图…………………………….- 2 - 2.3工作过程………………………….- 2 -第三章波形发生器的基本原理- 2 -3.1 波形发生器的组成………………- 2 - 3.2 正弦波发生器……………………- 2 - 3.3 方波发生器………………………- 4 - 3.4 三角波发生器……………………- 6 - 3.5 直流稳压电源……………………- 8 - 第四章波形发生器的整体电路设计- 10-4.1 整体电路………………………..- 10 - 4.2 原理……………………………..- 11 -参考文献- 11 -附录：器件清单- 11 -第一章绪论1 绪论函数信号发生器是一种能够产生多种波形，通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。

信号发生器采用模拟电子技术，由分立元件构成振荡电路和整形电路，产生各种波形，这种信号发生器的特性是受测量对象的要求所制约的。

一般的传统发生器都是采用的谐振法，即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡，获得所需频率。

但也可以根据频率合成技术来获得所需频率。

利用频率合成技术制成的信号发生器，被称为合成信号发生器。

随着微处理器性能的提高，出现了由微处理器、D/A以及相关硬件、软件构成的波形发生器。

它扩展了波形发生器的功能，产生的波形也比以往复杂。

实质上它采用了软件控制，利用微处理器控制D/A,就可以得到各种简单波形。

函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

在测试与测量技术过程中，常用到已知函数波形的数字化生成，它在许多与测量有关的领域有着不可替代的作用。

例如，数字化仿真，常被用于算法研究、模型研究、系统辨识或以蒙特卡罗法搜索模型与算法。

任意波形发生器出现以后，给人们提供的不仅是一个通用的基础技术平台，而是在人们面前打开了通往无限宽广空间的一扇门，使得人们对于信号波形的掌握与应用再也不必局限于简单的正弦波、方波等几种有限的波形了，它可以按照人们提供的测量序列产生出几乎任意形状的连续波形信号。

第二章设计方案2.1 方案用RC串—并联正弦波振荡器（文氏电桥振荡器）产生正弦振荡，然后通过比较器得到方波，方波积分可的三角波。

2.22.3工作过程RC串—并联正弦波振荡器产生正弦波输出，采用RC串并联网络作为选频网络和反馈网络，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。

运用运放构成积分电路，将方波信号变换成三角波或锯齿波信号输出。

第三章波形发生器的基本原理3.1 波形发生器的组成波形发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或者仪器。

电路形式可以采用运放及分离元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。

根据用处不同，有产生三种或多种波形的波形发生器，本课题介绍方波、三角波、正弦波波形发生器的制作方法。

波形发生器是有基础的非正弦信号发生电路和正弦波形发生电路组合而成。

3.2 正弦波发生器又称RC串并联正弦波振荡器或称文氏电桥振荡器，如图所示，其中A放大器由相同运放组成，因此)121(R R Vd Vo Av +==F 网络由RC 串并联网络组成，由于运放的输入阻抗Ri 很大，输出阻抗Ro 很小，其中对F 网络影响可以忽略不计，从图中可得1)1(3)1(3)1)(1(11122=-+=-+=+++=++++==wCC w j R AvRAvFv wC C w j R RR jwC R jwRC R jwRC R jwC R jwRC RVoVf Fv R R以上分式分母的虚部必须为零，即wCC w R 12-=0 振荡频率w=1/RC 上式的实部为1，即13=R AvR起振条件Av=3对于同向运放，Av=1+R2/R1 必须满足R2=3R1由于要求正弦波频率w=0.02Hz~~1KHz 。

因为w=1/RC ，所以RC=0.001~~50，电阻箱R 可调的最大阻值为至少50K Ω，可调的最小阻值应小于1Ω。

电容C 应为1000μF 。

因为必须满足R2=3R1，所以R2为3K Ω，R1为1K Ω。

RC 串并联振荡器的起振条件为Av>=3，即要求放大器的电压增益大于等于3，略大于3的原因是由于电路中的各种损耗，使幅度下降给予补偿。

但Av 比3大的过多会导致输出正弦波形变差。

3.3 方波发生器如图所示，用运算放大器协会比较和R 、C 积分电路组成的，输出电压经R 、C 反馈到运放的反向输出端，因此积分电路期延迟和负反馈作用。

方波发生器电路原理图参看所示电路图，设在接通电源时刻，电容连端电压Uc=0，输出电压Uc=Uz ，则加到运放同相输出端的电压为Up=212R R R +Uz=FUz式中，F=212R R R +。

此时Uo=Uz 通过R1想C 充电，使运放反相输入电压Un=Uc ，由零逐渐上升。

在Un<Up 以前，Uo=Uz 保持不变。

在t=t1时刻，Un 上升略高于Up ，Uo 由高电平跳到低电平，即变为-Uz 。

Uo=-Uz 时，Up =-FUz ，同时Uo=-Uz 通过R 向C 充电，是运放反相输入端电压Un=Uc 由零逐渐上升。

在Uo>Up 以前，Uo=-Uz 保持不变。

在t=t2时刻，Un-FUz ，再上升到T3时刻的FUz ，所需的时间就是一个振荡周期To 在T1到T2这段时间，Uc 的变化规律是简单的RC 电路充放电规律，其常数为RC ，初始值为FUz （T1时刻），终了值为-Uz(t →∞)，故Uc=-Uz+[FUz-(-Uz)]eRCt t /)1(--在t=t2时，Uc=-FUz,代入上式后t2-t1=RCln F F -+11=RCln(1+122R R )同样可求的 t3-t2=t2-t1=RCln(1+122R R ) 由于高低电平所占时间相等，故Uo 是方波。

其震荡周期为T= t3 -t1=2RCln(1+122R R )选取适当的R1、R2值，使F=R2/(R1+2)=0.47，则T=2RC ，于是振荡频率为：RCT f2110==因为由于要求正弦波频率f=0.02Hz~~1KHz 。

因为f=1/2RC ，所以RC=0.0005~~25，电阻箱R 可调的最大阻值为至少50K Ω，可调的最小阻值应小于1Ω。

电容C 应为500μF 。

因为在峰值时Uc=±Uz 且要求输出方波为±10V 所以稳压管应选择IN4740型号。

3.4 三角波发生器根据RC 积分电路输入和输出信号波形的关系可知，当RC 积分电路的输入信号为方波时，输出信号就是三角波，由此可见，利用方波信号发生器和RC 积分电路就可以组成三角波信号发生器。

三角波信号发生器如图所示。

根据上图可以看出在t=0时，比较器A1输出电压为高电平，电容两端的电压为零，即Up1略低于Uo1(0)=Uz , Uc(0)=0,则积分电路输出电压 。

此时电容被充电，显然t CR UzUzdt C R t Uo t 441)1(0-=-=⎰于是Uo 线性下降，Up1也下降，直到t=t1时，Up1略低于Un1(Un1=0)，即Up1略低于零时，Uo1从Uz 突然跳到-Uz ，同时Up1也跳到更低的值。

在t=t1前的一瞬间，Up1=0 , Uo1=Uz ，从而流过R1和R2的电流相等，则-Uo(t1)/R1=Uz/R2，故而Uz R R t Uo 21)1(-= t=t1后，由于Uo1=-Uz ，故电容放电，其两端电压)1(4)1()(410t t CR Uzt uC dt Uz C R Uc t --+-=⎰ Uz R R t Uo t Uc 21)1()1(==)1(421t t CR UzUz R R Uc Uo -+-=-=于是 线性上升， 也上升。

直到 时， 略大于零，Uo1从Uz 突然跳到-Uz 。

可见，在t=t2前的一瞬间，Up1=0 , Uo1=-Uz ，从而流过R1和R2的电流相等，则-Uo(t1)/R1=Uz/R2，故而Uz R R t Uo 21)(-= 在t=t2以后电路周而复始，循环往复，形成震荡。

根据分析刻画出其中Uo1为方波，Uo 为三角波。

Uo 之所以为三角波，是由于电容充放电的时间常数相等，积分电路输出电压Uo 上升和下降的幅度和时间相等，上升和下降的斜率的绝对值也相等。

显然，三角波Uo 峰值为UzR R Uom 12=下面求振荡周期。

由于t2-t1=T/2，而当t1<=t<=t2时有2414)12(221)12(421)2()1(421R CR R t t T Uz R R t t C R Uz Uz R R t Uo t t CR Uz Uz R R Uo =-==-+-=-+-=则可以在调整三角波电路时，先调整R1或R2，使其峰值达到C 所需要的值，然后再调整R4或C ，使频率f=1/T 能满足要求。

因为在峰值时Uc=R2/R1±Uz 且要求输出方波为±10V 所以稳压管应选择IN4740型号，R1为2K Ω，R2为1K Ω。

因为由于要求正弦波频率f=0.02Hz~~1KHz 。

因为f=R2/4R1R4，所以电阻箱R4可调的最大阻值为至少50K Ω，可调的最小阻值应小于1Ω。

电容C 应为125μF 。

3.5 直流稳压电源直流稳压电源是一种将220V 工频交流电转化成稳压输出的直流电压的装置，他需要变压、整流、滤波、稳压四个环节完成。

直流电源输出电路如下图所示根据原理设计图所需要的是12V 稳压电源，选择的集成三端稳压器为7812,。

其中C1为2000μf,C2C3为0.33μF ，C4C5为0.1μF ，C6C7为1000μF 。

电容D2D3D4D5用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，D6D7是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。

220第四章波形发生器的整体电路设计4.1 整体电路方波三角波正弦波78M1278M124.2 原理RC串—并联正弦波振荡器产生正弦波输出，采用RC串并联网络作为选频网络和反馈网络，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。

运用运放构成积分电路，将方波信号变换成三角波或锯齿波信号输出。

参考文献【1】康华光，电子技术基础模电部分（第五版）。

高等教育出版社，2006.1【2】辽宁工业大学电子信息工程教研室，模拟电子技术基础学习指导。

沈阳：东北大学出版社2007.3【3】多种波形发生器的设计-毕业设计学位论文范文模板参考资料。

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波形发生器设计报告

波形发生器设计报告

摘要（1）纯硬件设计波形发生器：采用运算放大器加分立元件来实现。

（2）实验的目的：能够产生正弦波、方波和三角波 （3）工作原理：主要是通过波形 转换形成三种波形①通过RC 振荡器（文氏电桥振荡器）产生正弦波，在实验的过程当中，可以加入负反馈稳幅支路，以此保证波形不出现明显的失真。

②正弦波通过滞回比较器产生方波；③方波通过一个积分器产生三角波。

即将滞回比较器与一个积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，这样，经上一级输出的方波经由积分器积分可得到三角波。

（4）模拟方案实现框图正弦波 方波 三角波最终设计成的波形放大器能够对三种波形的幅值、频率进行简单的调节，并且实现相位的可调功能。

关键词：函数波形发生器；RC 桥式正弦波振荡电路；滞回比较器；积分器RC 桥式正弦波 振荡电路滞回比较器积分器Abstract(1) waveform generator: pure hardware design using operational amplifier with discrete component.(2) experimental objective: can produce sine wave, square wave and triangular wave(3) working principle: mainly through waveform transformation form three types of waveformsA through the RC oscillator wien bridge oscillator) generate sine wave, the process of the experiment, add feedback stability of branch, so that doesn't appear obvious distortion of waveform.B sine wave through a hysteresis comparator generate square wave;C square wave generated by an integrator triangle wave. The hysteresis comparator and an integrator head-tail form positive feedback closed-loop system, so that the output of square wave at the next higher level via the integrator integral triangle wave can be obtained.(4) to simulate the implementation schemeSine square wave, triangle waveFinal design into the waveform amplifier to three kinds of waveform amplitude, frequency, simple adjustment, and the implementation phase of the adjustable function.Key words: function waveform generator; RC bridge sine wave oscillator circuit;Hysteresis comparator; integrator目录第一章RC桥式正弦振荡电路 (4)1.1 RC桥式正弦振荡电路的介绍 (4)1.1.1RC桥式正弦振荡电路的应用与原理 (5)第二章滞回比较器............................................................... (6)2．1 滞回比较器 (6)第三章方波和三角波发生器 (7)3.1方波和三角波发生器 (7)3.1.1电路的实现 (8)3.1.1.1 电路软件仿真效果 (9)参考文献 (10)附录 (10)第一章RC桥式正弦振荡电路1.1 RC桥式正弦振荡电路的介绍RC桥式正弦振荡电路如图1所示。

波形发生器课程设计报告

波形发生器课程设计报告

1.设计题目:波形发生电路2.设计任务和要求:要求：设计并用分立元件和集成运算放大器制作能产生方波和三角波波形的波形发生器。

基本指标：输出频率分别为：102H Z、103H Z；输出电压峰峰值V PP≥20V3.整体电路设计1）信号发生器:信号发生器又称信号源或振荡器。

按信号波形可分为正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。

各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波。

通过模拟电子技术设计的波形发生器是一个不需要外加输入信号，靠自身振荡产生信号的电路。

2）电路设计：整体电路由RC振荡电路，反相输入的滞回比较器和积分电路组成。

理由：a）矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；b）产生振荡，就是要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；c）输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。

RC振荡电路：即作为延迟环节，又作为反馈电路，通过RC充放电实现输出状态的自动转换。

反相输入的滞回比较器：矩形波产生的重要组成部分。

积分电路：将方波变为三角波。

3）整体电路框图：为实现方波，三角波的输出,先通过RC振荡电路，反相输入的滞回比较器得到方波，方波的输出，是三角波的输入信号。

三角波进入积分电路，得出的波形为所求的三角波。

其电路的整体电路框图如图1所示：图14）单元电路设计及元器件选择a）方波产生电路根据本实验的设计电路产生振荡，通过RC电路和滞回比较器时将产生幅值约为12V的方波，因为稳压管选择1N4742A（约12V）。

电压比较电路用于比较模拟输入电压与设定参考电压的大小关系，比较的结果决定输出是高电平还是低电平。

滞回比较器主要用来将信号与零电位进行比较，以决定输出电压。

图3为一种滞回电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R 3起限流作用，R 2和R 1构成正反馈，运算放大器当u p >u n 时工作在正饱和区，而当u n >u p 时工作在负饱和区。

波形发生器的电路设计

波形发生器的电路设计

摘要根据现代电子系统对信号源的频率稳定度、准确度及分辨率越来越高的要求，也是为了能过方便的产生波形平滑、频率稳定的任意波形，本文提供了一种任意波形发生器的设计方案。

从而结合直接数字式频率合成器（DDS）的优点，利用FPGA芯片的可编程性和实现方案易改动的特点，提出一种基于FPGA和DDS技术的任意波形发生器设计方案。

采用VHDL（运用自顶向下设计思想设计多功能数字波形发生器的问题）和原理图输入方式，在Quartus II平台下实现该设计的综合、仿真。

通过实验可以看出，采用该方法设计的任意波形发生器输出的波形与传统的波形发生器相比，具有波形平滑、无毛刺、波形稳定度高、频率稳定度和分辨率高等众多优点。

而且该波形发生器电路简单，程控方便，产生的波形具有相噪好、频率步进低、输出电平分辨率小和相位可调等优点。

关键词波形发生器；现场可编程门阵列；直接数字频率合成AbstratAccording to modern electronic systems for signal source frequency stability, accuracy and resolution of increasingly high demands, also have a wave in order to facilitate smooth any waveform, frequency stability, this article provides you with an arbitrary waveform generator design. Combination of direct digital frequency synthesizer (DDS) the advantages of using programmable FPGA chip and solution features easy changes, proposed a design based on FPGA and arbitrary waveform generator based on DDS technology programmer. VHDL (using top-down design problems of the design of multifunction digital waveform generator) and schematic capture, Quartus II implements the integrated design, simulation platform. Through experiments, we can see, using the method output waveforms of arbitrary waveform generator and the design of tradition than waveform generator, smooth, glitch-free, with waveform wave high stability, and high frequency stability and resolution of many benefits. And the waveform generator circuit is simple, easy to program, the resulting wave with phase noise, low step frequency, output level resolution and phase adjustment and other benefits.Keywordswaveform generator; field programmable gate arrays; direct digital frequency synthesis目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2目的意义 (1)1.3国内外研究现状 (2)1.3.1外研究现状 ........................................................................... 错误！未定义书签。

电子综合设计范例--波形发生器的设计

电子综合设计范例--波形发生器的设计

第2节 电子综合设计范例1----波形发生器的设计一、设计任务与要求1、设计任务设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。

示意图如下：2、设计要求⑴基本要求①具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能。

②用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形，以及由基波及其谐波（5次以下）线性组合的波形。

③具有波形存储功能。

④输出波形的频率范围为100Hz～20kHz（非正弦波频率按10次谐波计算）；重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz。

⑤输出波形幅度范围O~5V（峰—峰值），可按步进0.1V（峰—峰值）调整。

⑥具有显示输出波形的类型、重复频率（周期）和幅度的功能。

⑵发挥部分①输出波形频率范围扩展至100Hz～200kHz。

②用键盘或其他输入装置产生任意波形。

③增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于±3％（负载电阻变化范围：100Ω~∞）。

④具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置。

⑤可产生单次或多次（1000次以下）特定波形（如产生1个半周期三角波输出）。

⑥其他（如增加频谱分析、失真度分析、频率扩展>200kHz、扫频输出等功能）。

二、方案论证与比较1、常见信号源制作方法方案一：采用模拟分立元件或单片压控函数发生器MAX038，可产生正弦波、方波、三角波，通过用锁相式频率合成方案。

锁相式频率合成是将一个高稳定度和高精确度的标准频率经生器常采用的原理 DDFS 的基本原理框图如图1所示。

图1 DDFS 的基本原理框图输出波形的一个完整的周期、幅中。

当RAM 的地址变化时，DAC 的常数，便改变了每个周期中的点数，而这些点数正是用来改变整个波形的频率。

辨率在相位累加器的位数N 足够大时，理论上可以获得相应的分辨精度，这是调整外部元件可改变输出频率，但采用模拟器件由于元件分散性太大，即使使用单片函数发生器，参数也与外部元件有关，外接的电阻电容对参数影响很大，因而产生的频率稳定度较差、精度低、抗干扰能力低、成本也高；而且灵活性较差，不能实现任意波形以及波形运算输出等智能化的功能。