模拟电子技术课程设计报告
课程设计报告
1．设计课题
设计正弦波-方波-三角波产生电路
2．课程设计目的
《模拟电子技术课程设计》是学习理论课程之后的实践教学环节。目的是通过解决实际问题来巩固和加深在《模拟电子技术》课程中所学的理论知识和实验技能。设计训练学生综合运用学过的电子技术基础知识，并去完成查找资料，选择、论证方案，设计电路，安装调试，分析结果，撰写报告等工作。使学生初步掌握模拟电子电路设计的一般方法步骤，通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力，为后续课程的学习、毕业设计和毕业后的工作打下一定的基础。本实验用Multisim软件完成正弦波-方波-三角波产生电路的设计。
3．系统知识介绍
函数信号发生器根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，其电路中使用的器件可以是分离器件，也可以是集成器件，产生方波、正弦波、三角波的方案有多种。如先运用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，根据周期性的非正弦波与正弦波所呈的某种确定的函数关系，再通过滞回比较器将正弦波转化为方波，最后经过积分电路后将其变为三角波。
4．电路方案与系统、参数设计
（1）电路系统设计
本次设计采用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，此电路的振荡频率较低，一般在1MHz以下，基本符合本设计的参数要求，它是以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络，以电压串联负反馈放大电路为放大环节，以二极管结合电阻构成稳幅电路，具有振荡频率稳定，带负载能力强，输出电压失真小等优点。
通过滞回比较器将正弦波转化为方波，采用双稳压二极管用于输出电压的限幅，后通过电压跟随器提高带负载能力。
最后通过一个积分电路将正弦波转化为三角波，采用两个电容分别满足低频与高频的要求，在最大程度上减小三角波的失真度。
（2）电路功能框图
本次设计采用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，然后通过滞回比较器将正波转化为方波，最后通过一个积分电路将正弦波转化为三角波，其具体功能框图如图（1）所示：
图（1）电路功能框图
（3）元器件与参数设计
整体电路采用型号为THS4501CD的高速全差分运算放大器，工作电压为+/-15V，正弦波的稳压采用型号为1N4148的二极管，方波的稳幅采用型号为ZPD5.1的稳压二极管。其他可变与定值电阻、电容详见元器件清单表。
①正弦波——RC桥式正弦波振荡电路（如图（2）所示）
图（2）RC 桥式正弦波振荡电路
参数设定
1．RC 串并联网络为选频网络和正反馈网络， 由图（2）中RC 的值，来确定此选频网络的频率 KHz RC f 59.110
1014.321
218
40=⨯⨯⨯==
-π 在正弦波调频的过程中，只需要改变电阻R 与电容C 的大小，就可以改变正弦波的频率，实现频率从100HZ~20KHZ 范围内连续可调，在整体电路设计中均采取可变器件实现了这一要求。
2．确定R 3和R f (在图（2）中R f =R 2+R 4+Rr d //R 1的值)
由振荡的振幅条件可知，要使电路起振，R f 应略大于2R 3，通常取R f =2.1R 3。以保证电路能起振和减小波形失真。
取标称值: R 3=1.1k Ω，所以:R f =2.1R 3=2.31k Ω.
为了达到最好效果, R f 与R 3的值还需通过实验调整后确定。 3．确定稳幅电路及其元件值
稳幅电路由R 1和两个接法相反的二极管D 1、D 2并联而成，如图(2)所示。 稳
幅二极管D 1、D 2 应选用温度稳定性较高的硅管。当通过电流不同时，二极管的动态电阻不同，引入非线性环节，从而稳定输出电压。而且二极管D 1、D 2的特性必须一致，以保证输出波形的正负半周对称。
通过微调R 4的阻值，实现电压的微调，使幅值稳定在6V 。 4．R 1的确定
由于二极管的非线性会引起波形失真，因此，为了减小非线性失真，可在二极管的两端并上一个阻值与r d （r d 为二极管导通时的动态电阻）相近的电阻R 1，（R 1一般取几千欧，在本例中取R 1=1k Ω。）然后再经过实验调整，以达到最好效果。
② 正弦波转化为方波——滞回比较器（如图（3）所示）
图（3）滞回比较器
图（3）为滞回比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，输出电压要求为6V ，通过改变稳压二极管的稳定电压。R 7起限流作用，本设计采取10K Ω，R 9和R 10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。从电路结构可知，当输入电压u i 小于某一负值电压时，输出电压u o = -U Z ；当输入电压u i 大于某一电压时，u o = +U Z 。又由于“虚断”、“虚短”u p =u n =0，由此可确定出翻转时的输入电压。u p 用u i 和u o 表示，有
0u 111
12
1o 1i 22
1o
2
i 1p ==++=++=n R R u R u R R R u R u R u
得此时的输入电压
th Z 2
1o 21i U U R R
u R R u m m ==-
=
U th 称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图（4）所示。设输入电压初始值小于-U th ，此时u o = -U Z ；增大u i ，当u i =U th 时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小u i ，当u i = -U th 时，运放则开始进入负饱和区。
图（4）滞回电压比较器的直流传递特性
③ 方波转化为三角波——积分电路（如图（5）所示）
图（5）积分电路
