正弦波發生器

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模擬電路課程設計報告

課題名稱：設計制作一個產生方波－三角波－

正弦波函數轉換器。

姓名：

學號：45

專業班級：電信

指導老師：

設計時間:1月3號

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設計制作一個產生方波－三角波－正弦波函數轉換器

（一）設計任務和要求

①輸出波形頻率范圍為0.2KHz~20kHz且連續可調；

②正弦波幅值為2V，；

③方波幅值為2V；

④三角波峰-峰值為2V，占空比可調；

⑤用橋式整流電容濾波集成穩壓塊電路設計電路所需的正負直流電源（12V）

（二）函數發生器的方案

(一)：直流電源（將220V的交流電變成+12V和-12V的直流電）

直流電源的組成及各部分的作用:

1.直流電源發生電路圖如下所示:

電網

電壓

電源

變壓器

整流

電路

濾波

電路

穩壓

電路

負

載

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（二）函數發生器

方案一：

如下圖所示：

U1

UA741CD

3

2

4

7

6

51

U2

UA741CD

3

2

4

7

6

51

R1

20k

R2

10k

Key=A

50%

R3

10k

Key=A

50%

R4

20k

Key=A

50%

1

D1

1N5226B

D2

1N5226B

VCC

12V

VCC

3

R5

10k

Key=A

50%

GND

6

GND

GND

VDD

-12V

VDD

C1

220nF

GND

GND

VCC

12V

VDD

-12V

VDD

VCC

5

GND

2

C2

470nF

C3

470nF

R6

100k

Key=A

50%

R7

10k

R8

10k

R9

10k

R10

100

8

GND

GND

9

Q1

2N2218

Q2

2N2218

Q3

2N2218

Q4

2N2218

10

GND

GND

11

R11

100

Key=A50%

1213

16

R12

10k

R13

10k

R14

10k

R15

10k

1718

15

19

GND

GND

GND

GND

C4

470nF

C5

1uF

14

GND

GND

VCC

12V

VCC

VDD

-12V

VDD

XSC1

ABCD

G

T

4

7

20

GND

GND

圖(1)

電壓（滯回）

比較器

積分運算電路差分放大電路

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方案二：

如下圖所示

：

圖(2)

方案三：

如下圖所示：

電壓（滯回）

比較器

積分運算電路

二階低通濾波

電路

電壓（滯回）

比較器

積分運算電路利用折線法

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圖(3)

方案討論：（我選擇第三種方案）

制作一個函數發生器（方波-三角波-正弦波的轉換），由電壓比較器可以產生方

波，方波通過積分可以產生三角波，對于三角波產生正弦波的方法較多。

方案一中了利用差分放大電路實現三角波-正弦波的轉換，優點：差分放大電路

具有工作穩定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強，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成正弦波，有效的利用了差

分放大傳輸特性曲線的非線性。缺點：差分放大電路比較復雜，很容易造成虛焊，

布局中有較多的晶體管，很容易錯焊。

方案二中利用了折線法實現三角波-正弦波的轉換，優點：利用折線法焊接電路

比較簡單，不受輸入電壓頻率范圍的限制，便于集成化；缺點：反饋網絡中的電

阻要匹配很困難。

方案三中利用了低通濾波實現三角波-正弦波的轉換，優點：電路焊接比較簡單，

減少工作量和器材，所需要的器材都比較容易購買

三、單元電路設計與參數計算

1、直流電源的參數設計

提供的是220V的交流電源要變為12V直流電源，整流后的電壓及電流為：

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【1】整流電路：將交流變直流的過程。

設變壓器副邊電壓U2=wtUsin2

2

,U

2

為其有效值。

則：輸出電壓的平均值

)(sin2

1

2

0

)(

wtwtdUU

AVO??

?

?2

9.0U?

輸出電流的平均值

I

O(AV)

=0.9U

2

/R

L

脈動系數

S=

)(

1

AVO

MO

U

U

=2/3=0.67

二極管的選擇

最大鎮流電流I

F

>1.1

L

R

U

?

2

2

最高反向工作電壓URM

>1.1

2

2U

【2】濾波電路：將脈動的直流電壓變為平滑的直流電壓。

如圖所示按照三角形相似關系可得：

U

O(AV)

=2U

2

(1-T/4R

L

C)

當R

L

C=(3~5)T/2時，U

O(AV)

=1.2U

2

脈動系數為

S=

TCR

T

L

?4

濾波后的電壓：

【3】穩壓電路：把電壓幅值穩定的電路。

在穩壓二極管所組成的穩壓電路中，利用穩壓管所起的電流調節作用，

通過限流電阻R上電壓或電流的變化進行補償，來達到穩壓的目的。限流電阻

R是必不可少的元件，它既限制穩壓管中的電流使其正常工作，又與穩壓管相

)

4

1(2

2

UU

U

2

OminOmax

AVOCR

T

U

L

??

＋

＝

）（

(b)理想情況下的波形

(c)考慮整流電路內阻時的波

形

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配合以達到穩壓的目的。一般情況下，在電路中如果有穩壓管存在，就必然有

與之匹配的限流電阻。

(1)穩壓電路輸入電壓U

I

的選擇：

根據經驗，一般選取U

I

=(2~3)U

O

U

I

確定后，就可以根據此值選擇整流濾波電路的元件參數。

(2)穩壓管的選擇：

U

Z

=U

O

;

I

Zmax

-I

Zmin

>I

Lmax

-I

Lmin

;

穩壓管最大穩定電流I

ZM

>=I

Lmax

+I

Lmin

（3）限流電阻R的選擇：

通過查手冊可知：I

ZMIN

<=I

DZ

<=I

ZMAX

;

計算可知:

max

R=（UImin

-U

Z

)/(I

Z

+I

Lmax

）

R

min

=(U

Imax

-U

Z

)/(I

ZM

+I

Lmin

)

其中變壓器用220V~15V規格的選的三端穩壓器為：LM7812、LM7912，整流用

的二極管可用1N4007，電解電容用3300ufC7與C8可用220Uf電容C3與C3

可用0.3322UfC5與C6可用0.1uF，發光二極管上的R用1K。

2、波形產生電路部分的參數設計

方波要求幅值為2V，三角波要求峰峰值為2V.

利用同相滯回比較器和積分運算電路分別產生方波和三角波。

圖中滯回比較器的輸出電壓

1O

U=?

z

U，其中

z

U由可由+穩壓管確定，由于沒有

穩壓值為2V的穩壓管，所以在3.3V的穩壓管的兩端并聯一個10K的電位器，以

達到輸出電壓為2V的要求。

跟據疊加原理，集成運放

1

A同相輸入端的電位為:

1212

1122

12121212

POOOZ

RRRR

U夢見和男朋友分手 UUUU

RRRRRRRR

????

????

令

11

0

PN

UU??，則閾值電壓：

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2

1

TZ

R

UU

R

???

設二極管導通時的等效電阻可以忽略不計，電位器的滑動端移到最上端。當

1O

U=+

Z

U時，D1導通,D2截止，輸出電壓的表達式為（以下出現的RW

為圖（3）

中的R

7

）

2O

U=-UZ

(t

2

-t1)/(R

3

C)+

2O

U(t0

)

其中

2O

U隨時間線性下降。當

1O

U=

Z

U?時，D2導通，D1截止，輸出電壓表

達式為

2O

U=-1/[(R3

+R

W

)C]U

Z

(t

2

-t1)+

2O

U(t1

)

Uo隨時間線性上升，由于Rw遠大于R3,,根據三角波發生電路振蕩周期倉庫管理員職責 的計算

方法，可得出下降時間和上升時間，分別為

T

1

=t

1

-t

2

=2R

1

R

3

C/R

2

T

2

=t

2

-t

1

=2R

1

(R

3

+R

W

)C/R

2

所以振蕩周期為T=2R

1

(2R

3

+R

W

)C/R

2

因為R3的阻值遠小于R

W

，所以可以近似認為T=T

2

由調整和的阻值可以改變鋸齒波的幅值；調整R1,R2和RW的阻值以及C的容量，

可以改變振蕩周期；調整電位器滑動端的位置，可以改變

2O

U的占空比，以及鋸

齒波鋸齒波上升和下降的斜率。

因為設計要求：方波的幅值為2V,三角波的峰峰值為2V,所以2

1

1

2

R

R

?,

取

1

R=20K,

2

R=10K,為了更好的調節出波形，取

2

R為10K的電位器，

取C=0.47Uf,RW為20K的電位器，又f為200HZ~20KHZ,由f=R

2

/2R

1

(2R

3

+R

W

)CR

3

得為96.35?~9.64K，所以取R

3

為20K的電位器

三角波

02

U經二階低通濾波電路后形成正弦波，其中：

23

CCC??

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傳遞函數為??

??

????213

up

u

up

As

As

AssRCsRC

?

??

???

??

令s=jw,fo=1/2∏RC,則電壓放大倍數

??2

00

13

up

u

up

A

A

ff

jA

ff

?

??

???

??

??

要求正弦波的幅值為2V，則，

up

A=2

即

up

A=1+9

8

R

R

=2

所以取

67

RR?=1K?,

8

10RK?,R9

=10K,

23

0.47CCuF??

（四）總原理圖及元器件清單

總原理圖

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圖五：總原理方框圖

2.元件清單

元件序號型號主要參數

數量

單價

變壓器?15V

1

9.0元

三端穩壓器W7812

1

1.0元

三端穩壓器W7912

1

1.0元

電阻R

4

,R

9

,R

10

10K40.1元

電阻R

7

,R

8

1K40.1元

電阻R

2

20K10.1元

電位器R

3

,R

6

20K20.8元

電位器R

5

10K20.8元

電容0.1uF20.2元

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電容電解電容3.3mf21.5元

電容0.33Uf20.2元

電容C

1

,C

2

,C

3

0.47uF30.2元

電容電解電容250uF20.5元

二極管1N400760.1元

發光二極管超紅LED

1

,超

綠LED

2

20.3元

穩壓管3.3V20.2元

電阻R

4

5K10.1元

芯片Ua74131.0元

夾子紅色,黑色90.2元

五、安裝與調試

1.直流穩壓電源

（1）．設計并畫出電路圖。

（2）．參數計算,焊接電路.

（3）．用萬用表測得輸出的直流電壓及兩端的管壓降。

2.正弦波、方波、三角波、鋸齒波

（1）．根據設計題目要求，選定電路，確定集成運放的型號，并進行參數計算。

（2）按所設計得方案組裝焊接電路板。

（3）．調試電路，觀察輸出波形，并與理論計算值做比較，計算誤差。

（4）經調試后用示波器可測得各輸出端的波形如下所示。

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方波三角波輸出波形

正弦波輸出波形

六、性能測試與分析

1．直流穩壓電源

（1）．數據記錄：

輸出：+12.1V、-12.0V。

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管壓降為:LM7812：9.5V,LM7912:9.6V

（2）．數據處理：

b．輸出直流電壓相對誤差：

LM7812：|12.1-12|/12100%=0.83%。

LM7912：|12-12|/12

100?

%=0%。

2.方波—三角波—正弦波發生器

（1）．數據記錄

a．方波

由圖可知，方波的峰-峰值：Up-p=2.022＝4.04V幅值為：

U=4.04/2=2.02V

誤差分析：誤差百分比=|2.02-2.0|/2.0

100?

%=1.0%

b．三角波

由圖可知，三角波的峰-峰值：Up-p=2.0?1

誤差分析：誤差百分比=|2.0-2.0|/2.0

100?

%=0%．

C．正弦波

由圖可知，正弦波的峰-峰值：Up-p=2.1?2=4.2V幅值為：U=4.2/2=2.1V

頻率調節范圍為：163.35HZ—10.56KHZ

誤差分析：誤差百分比=|2.1-2.0|/2.0

100?

%=5.0%

誤差分析：

??1提供的直流信號源輸出電壓沒有達到理論值且輸出電壓不穩定。

??2時間引起溫度變化，集成塊，電位器會發生變化影響測量值

??3電路原理存在缺陷，參數設計的不夠合理，導致與理想值存在差距；

??4電子元件沒有達到標準值。

??5萬用表的精確度不高，造成讀數誤差。

??6焊接過程中，錫絲用量不夠合理，導致電路接觸不好，造成誤差、。

??7電網不穩定，造成誤差。

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七、結論與心得

實驗結果討論

1.通過整流、濾波、穩壓電路可把交流電變為穩定的直流電源；在整流環節

單相橋式整流電路與半波整流電路相比，在相同的變壓器副變電壓下，對二極管

的要求是一樣的，并且還有高輸出電壓，變壓器利用率高，脈動系數小等優點。

2.在焊接直流電源時應注意大容83年是什么命 量的電解電容，正負不可接反，引腳課遵循

長正短負的原則，否則很容易爆炸。

3.本實驗通過對方波的積分得到高線性度的三角波，要讓三角波的占空比可

調，可利用二極管的單向導電性使得積分電路中的C充，放電的回路不同便可得，

若要由三角波得到方波，只需要對三角波進行微分。

4.產生方波可用電壓比較器實現，選用滯回比較器是因為其抗干擾能力強。

5.焊接電路最好先布局好，考慮好再進行焊接，可省下許多不必要的麻煩。

6.正弦波可通過不同的方案得到，要根據一定的條件選擇，細心設計焊接電

路，不可盲目操作，通過不同的方法，計算合理的參數可以讓不同的波形進行

相互轉換。

模擬電路課程設計心得體會

通過這次課程設計——方波-三角波-正弦波電流的轉換，學習到了很多，使

我受益匪淺，不僅學習到了專業知識與技能，更重要的是收獲到了經驗與體會。

實驗設計使我掌握了如何識別常用元國語歌曲 件，實際操作起來很困難，要將實際和理論

聯系起來需要不斷的下功夫，它和課本上的知識有很大聯系，但又高于課本，一

個看似很簡單的電路，要動手把它設計出來就比較困難了，因為是設計要求我們

在以后的學習中注意這一點，要把課本上所學到的知識和實際聯系起來，同時通

過本次電路的設計，不但鞏固了所學知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上

結合起來，增強了學習的興趣，考驗了我們借助互聯網絡搜集、查閱相關文獻資

料，和組織材料的綜合能力。

課程設計誠然是一門專業課，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我很

多思考的空間，同時動手尚派形意拳 設計讓我感觸頗深，仿真死海在哪個國家 電路上先嘗試下方案的可行性，

再通過小組的討論確定了相對最好的方案，再進行焊接，電路板的焊接過程中，

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首先要整體的布局，使元器件分配均勻，外表美觀，以及焊接得更快，更準確，

也能節省時間，減少失誤；同時，焊一桿清臺 接電路時一定要注意接點不能虛焊，元器件

的正負極要區分開，不要焊接反了。雖然過程有點辛苦，但是看到示波器上顯示

出的屬于自己的成果，心里別提多高興了。

通過這次實驗設計，我懂得了理論與實際相結合是很重要的，以及團結力量

的強大，這次設計讓我明白了思路即出路，有什么不懂的要及時請教老師或同學，

相信只要認真專研，動腦思考，動手實踐，一定會收獲碩果累累。

建議：

(1).安全起見，焊接直流電源時變壓器應用螺絲固定，將保險絲固定在電路板中。

(2).對于比較復雜的電路，裸露的導線交叉焊接時有可能燒壞電路或是使電路短

路，引入過橋線可以避免一些不必要的麻煩。

(3).由于沒有2.0V的穩壓管，可用穩壓值為3.3V的穩壓管，可以在它兩端并聯

一個10K的電位器調節需要的穩幅電壓

(八)參考文獻：

1．．《模擬電子技術》----清華大學出版羅振中主編(2005)

2．《模擬電子技術基礎》----清華大學出版金鳳蓮編（2009）

3．《電子線路設計實驗測試》——華中科技大學出版社志美主編

4．《模擬電子技術基礎》——清華大學電子學教研組童詩白華成英編（2000）

5.《電子實驗與課程設計》——贛南師范學院物理與電子信息學院

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物理與電子信息學院模擬電路課程設計成績評定表

專業：電子信息工程班級：電信學號：45姓名：

課題名稱正弦波-方波-三角波函數轉換器

設

計

任

務

與

要

求

1．輸出波形頻率范圍為0.2KHz～20kHz且連續可調；

2．正弦波幅值為2V；

3．方波幅值為2V；

4．三角波峰-峰值為2V；占空比可調;

5．用橋式整流電容濾波集成穩壓塊電路設計電路所需的正負直流電源（12V）。

設

計

報

告

成

績

評分標準：

①有合理的方手術室工作總結 案設計和論證、電路參數的計算、總原理圖和清單。（0-20分）

②電路板制作、調試規范，有詳細制作和調試過程。（0-10分）

③電路板測試合理，對性能指標測試數據完整，正確；進行數據處理規范，進行了

誤差計算和誤差分析。（0-15分）

④對課程設計進行了總結，有體會，并能提出設計的改進、建設性意見。

（0-5分）

設計報告成績：

電

子

作

品

成

績

評分標準：

①電路正確，能完成設計要求提出的基本功能。（0-30分）

②電路板焊接工藝規范，焊點均勻，布局合理。（0-20分）

(其中直流電源部分占20%，功能部分80%)

電子作品成績：

課

程

設

計

成

績

總成績：

指導教師：

1月3日

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