模擬電子技術
課程設計
課題名稱：方波-三角波-正弦波函式發生器
專業班級：
姓名：學號：
指導教師：
目錄摘要 - 3 -
1.函式發生器總方案及原理框圖 - 4 -
1.1 函式發生器的總方案 - 4 -
1.2函式發生器總方案及原理框圖 - 4 -
2.課程設計的目的和設計的任務 - 5 -
2.1 設計的目的 - 5 -
2.2 設計任務 - 5 -
2.3課程設計的要求及技術指標 - 5 -
3. 各組成部分的工作原理 - 5 -
3.1 方波發生電路的工作原理 - 5 -
3.2 運放lm324工作原理與電路圖 - 6 -
3.3 方波——三角波轉換電路的工作原理 - 7 -
3.4 三角波——正弦波轉換電路的工作原理 - 9 -
3.5 電路的引數選擇及計算 - 10 -
4. 用multisim10電路** - 11 -
4.1 方波—三角波的** - 11 -
4.2 三角波—正弦波**結果 - 13 -
5. 課題總結 - 15 -
附錄 - 15 -
附錄一電路的總方案圖 - 15 -
附錄二參考文獻 - 16 -
附錄三 lm324引腳圖（管腳圖） - 17 -
《模擬電子技術基礎》課程設計任務
摘要在人們認識自然、改造自然的過程中，經常需要對各種各樣的電子訊號進行測量，因而如何根據被測量電子訊號的不同特徵和測量要求，靈活、快速的選用不同特徵的訊號源成了現代測量技術值得深入研究的課題。訊號源主要給被測電路提供所需要的已知訊號(各種波形)，然後用其它儀表測量感興趣的引數。可見訊號源在各種實驗應用和實驗測試處理中，它不是測量儀器，而是根據使用者的要求，作為激勵源，**各種測試訊號，提供給被測電路，以滿足測量或各種實際需要。
波形發生器就是訊號源的一種，能夠給被測電路提供所需要的波形,廣泛地應用於各大院校和科研場所。隨著科技的進步，社會的發展，單一的波形發生器已經不能滿足人們的需求，而我們設計的正是多種波形發生器。本次設計用運放來組成rc積分電路，低通濾波電路來分別實現方波，三角波和正弦波的輸出。
它的製作成本不高，電路簡單，使用方便，有效的節省了人力，物力資源。
本文通過介紹一種電路的連線，實現函式發生器的基本功能。將其接入電源，具有實際的應用價值。並通過在示波器上觀察波形及資料，得到結果。
電壓比較器實現方波的輸出，又連線積分器得到三角波，並通過三角波-正弦波轉換電路看到正弦波，得到想要的訊號。
關鍵詞：電源，波形，比較器，積分器，轉換電路，低通濾波，multisim
函式發生器一般是指能自動產生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據用途不同，有產生三種或多種波形的函式發生器，使用的器件可以是分立器件，也可以採用積體電路。為進一步掌握電路的基本理論及實驗除錯技術，本課題採用由整合運算放大器與二階低通濾波器共同組成的方波—三角波—正弦波函式發生器的設計方法。
產生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產生正弦波，然後通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產生三角波—方波，再將三角波變成正弦波或將方波變成正弦波等等。本課題採用先產生方波—三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設計方法，然而這種方法也有幾套方案。
方案一：首先由乙個rc振盪電路產生方波，然後將此波形接入乙個積分電路產生三角波，用折線法將三角波轉換成正弦波。此方案在執行時比較困難，原因在於三角波到正弦波的轉換上，折線法的引數很難確定。
方案二：首先由乙個rc振盪電路產生方波，然後將此波形接入乙個積分電路產生三角波，將三角波通過濾波電路實現到正弦波的轉換。此方案很好，但是沒採用，原因在於電路的前面部分比較繁瑣，如果電路太繁瑣，那麼對後面的結果影響也就更大，會增大誤差，故而放棄。
方案三：首先由乙個rc振盪電路產生方波，然後將此波形接入乙個積分電路產生三角波，用乙個差分電路來實現波形的轉換，。差分放大器具有工作點穩定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優點。
特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。但是最終不好除錯，故而啟棄用。
方案四：在方案三的基礎上進行了改進，用乙個積分電路替代了前面的rc振盪迴路，這樣做起來就更簡潔，焊點較少，那麼負面影響也就相對會減小，故而採用了本方案。
本課題中函式發生器電路組成框圖如下所示：
由比較器和積分器組成方波—三角波產生電路，比較器輸出的方波經積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由二階低通濾波器來實現。二階低通濾波器是在一階的基礎上再加上乙個rc電路構成，能夠很好的抑制低頻率訊號的通過，從而將處於低頻率的三角波轉換成為正弦波，實現波形變換。
原理框圖：
圖1 原理框圖
1.掌握電子系統的一般設計方法；
2.掌握模擬ic器件的應用；
3.培養綜合應用所學知識來指導實踐的能力；
4.掌握常用元器件的識別和測試；
5.熟悉常用儀表，了解電路除錯的基本方法。
設計方波——三角波——正弦波函式訊號發生器
1.設計.組裝.除錯函式發生器；
2.輸出波形：正弦波.方波.三角波；
3.頻率範圍：0.02—20khz範圍內可調；
4.輸出電壓：方波幅值為2v；正弦波幅值為±2v；
三角波峰-峰值為2v，占空比可調。
此電路由反相輸入的滯回比較器和rc電路組成。rc迴路即作為遲滯環節，又作為反饋網路，通過rc衝、放電實現輸出狀態的自動轉換。設某一時刻輸出電壓uo=+uz，則同相輸入端電位up=+ut,uo通過r3對電容c正向充電，如圖中箭頭所示。
反相輸入端電位n 隨時間的增長而逐漸增高，當t趨於無窮時，un趨於+uz；但是un=+ut，再稍增大，uo從+uz躍變為-uz，與此同時up從+ut躍變為-ut。隨後，uo又通過r3對電容反相充電，如圖中虛線箭頭所示。un隨時間逐漸增長而減低，當t趨於無窮大時，un趨於-uz；但是，一旦un=-uz再減小，uo就從-uz躍變為+uz，uo從-ut躍變為+ut，電容又開是正向充電。
上述過程周而復始，電路產生了自激振盪。
圖2 同相滯回比較器的電壓傳輸特性曲線
lm324系列器件為**便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優點。該四放大器可以工作在低到3。
0伏或者高到32伏的電源下，靜態電流為mc1741的靜態電流的五分之一。共模輸入範圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中採用外部偏置元件的必要性。
lm324的特點：
1.短跑保護輸出； 2.真差動輸入級；
3.可單電源工作：3v-32v； 4.低偏置電流：最大100na（lm324a）；
5.每封裝含四個運算放大器。 6.共模範圍擴充套件到負電源
7.具有內部補償的功能； 8.輸入端具有靜電保護功能
9.行業標準的引腳排列；
lm324引腳圖（管腳圖）（見附錄）
圖3 方波——三角波轉換電路的工作原理
工作原理
如圖3所示，在電路的左邊為同相滯回比較器，右邊為積分運算電路。同相滯回比較器的輸出高低電平分別為
uoh=+uz，uol=-uz
積分運算電路的輸出電壓uo作為輸入電壓，a1同鄉輸入端的電位
up1=uo1·r1/(r1+r2+r6)+uo·(r2+r6)/(r1+r2+r6)
令up1=un1=0，並將uo1=±uz帶入得
±ut=±uz·r1/(r2+r6)
電路的振盪原理
合閘通電，通常c 上電壓為0。設uo1↑→ up1↑→ uo1↑↑，直至uo1 ＝ uz；積分電路反向積分，t↑→ uo↓，一旦uo過－ ut ，uo1從＋ uz躍變為－ uz。積分電路正向積分，t↑→ uo↑， 一旦uo過＋ ut ， uo1從－ uz躍變為＋ uz ，返回第一暫態。
重複上述過程，產生週期性的變化，即振盪。由於積分電路反向積分和正向積分的電流大小均為uo1/(r3+r7)，使得u0在乙個週期內的下降時間和上公升時間相等，且斜率的絕對值也相等，因而將方波轉換為三角波。
設計製作正弦波 方波 三角波函式轉換器
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