设计制作一个产生正弦波—方波—三角波函数转换器
时间：2025-04-05
模拟电路课程设计报告
设计课题:波函数转换器
专业班级： 学生姓名：学 号： 46 指导教师：设计时间：
设计制作一个产生正弦波－方波－锯齿波函数转换器
一、设计任务与要求
1、 输出波形频率范围为0.02KHz~20kHz且连续可调； 2、 正弦波幅值为±2V； 3、 方波幅值为2V；
4、 三角波峰-峰值为2V，占空比可调； 5、 分别用三个发光二极管显示三种波形输出；
6、用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。
二、方案设计与论证
设计要求产生三种不同的波形分别为正弦波、方波、三角波。正弦波可以通过RC桥式正弦波振荡电路产生。正弦波通过滞回比较器可以转换成方波，方波通过一个积分电路可以转换成三角波，只要调节三角波的占空比就可以得到锯齿波。各个芯片的电源可用直流电源提供。
方案一
1、直流电源部分
电路图如图1所示
图1 直流电源
2、波形产生部分
方案一：
LC正弦波振荡
电路
滞回比较器
正、反积分时间常数可调的积分电路
LC正弦波振荡电路与RC桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相似的，只是选频网络采用LC电路。在LC振荡电路中，当f=f0时，放大电路的放大倍数数值最大，而其余频率的信号均被衰减到零；引入正反馈后，使反馈电压作为放大电路的输入电压，以维持输出电压，从而形成正弦波振荡。
方案二
1、 直流电源部分同上 2、电路图如图2所示
图2 正弦波—方波—三角波函数转换电路
方案论证
LC正弦波振荡电路特别是方案一所采取的电感反馈式振荡电路中N1与N2之间耦合紧密，振幅大；当C采用可变电容时，可以获得调节范围较宽的振荡频率，最高频率可达几十兆赫兹。由于反馈电压取自电感，对高频信号具有较大的电抗，输出电压波形中常含有高次谐波。因此，电感反馈式振荡电路常用在对波形要求不高的设备之中，如高频加热器、接受机的本机振荡电路等。另外由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高，所以放大电路多采用分立元件电路，必要时还应采用共基电路。因此对于器材的选择及焊接的要求提高了。
相反，RC正弦波振荡电路的振荡频率较低，一般在1MHz以下，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，具有振荡频率稳定，带负载能力强，输出电压失真小等优点，因此获得相当广泛的应用。另外对于器材的要求也不高，都是写常见的的集成块、电容、电位器等。在布局方面，简单，清晰！
综合对比两种方案，我选择第二种方案。
三、单元电路设计与参数计算 1、直流电源
（1）、整流电路
设变压器副边电压U2=2U2sinwt, U2为其有效值。 则：输出电压的平均值 UO(AV) 输出电流的平均值
IO(AV)=0.9U2/RL
脉动系数
S=二极管的选择
1
2U2sinwtd(wt) 0.9U2
UO1M
= 2/3=0.67 UO(AV)
最大镇流电流IF>1.1
2U2
RL
最高反向工作电压 URM>1.12U2
（2）、滤波电路
UO(AV)=2U2(1-T/4RLC)
当RLC=(3~5)T/2时，UO(AV) =1.2U2
脉动系数为
S=
T
4RLC T
UOmax＋UOminT滤波后的电压： U ＝ 2U(1 )O（AV）2
24RLC
（3）、稳压电路
在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。限流电阻R是必不可少的元件，它既限制稳压管中的电流使其正常工作，又与稳压管相配合以达到稳压的目的。一般情况下，在电路中如果有稳压管存在，就必然有与之匹配的限流电阻。
1)稳压电路输入电压UI的选择： 根据经验，一般选取
UI=(2~3)UO
UI确定后，就可以根据此值选择整流滤波电路的元件参数。
2)稳压管的选择： UZ=UO;
IZmax-IZmin>ILmax-ILmin; 稳压管最大稳定电流 IZM>=ILmax+ILmin
3）限流电阻R的选择：
通过查手册可知：IZMIN<=IDZ<=IZMAX; 计算可知:Rmax=（UImin-UZ)/(IZ+ILmax） Rmin=(UImax-UZ)/(IZM+ILmin)
其中变压器用 220V~15V规格的选的三端稳压器为：LM7812、LM7912，整流用的二极管可用1N4007 ，电解电容用3300uf C7与C8可用220Uf电容C3与C3可用0.3322Uf C5与C6可用0.1uF ，发光二极管上的R用 1KΩ。 2、 波形转换部分
（1）、RC正弦波振荡电路的参数设计 RC正弦波振荡电路图如图3所示 令
R2=R’=R
图3 RC正弦波振荡电路
F=Uf\Uo=
R//1/jwc1
整理可得F=
R 1/jwc R//1/jwc3 j(wRC 1/wRC)
令W。=1/RC,则 f。=1/2ПRC,
根据起振条件和幅值平衡条件 Au=U。/Up=1+Rf/R1≥3，整理得：Rf≥2R1 因为输出波形频率范围为0.02KHz－20KHz,取C=0.22Uf,故R=(0.02K-3.6K),用5K的电位器去调，且正弦波的幅值为2V,故R1用10K的电位器，Rf用50K的电位器。
正弦波发生器仿真电路图如图4所示
图4 RC正弦波振荡电路的仿真电路图
正弦波——方波转换器实验原理如图5所示
滞回比较器
方波
正弦波发生电路
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