方波产生与变换电路

课程设计

课程名称：电子技术课程设计

设计题目：方波产生和波形变换电路班级：

姓名：

学号：

指导老师：

设计时间：2014. 1.12

目录

1. 实验目的 (1)

2 .实验原理 (1)

2.1总的电路图 (1)

2.2自激振荡产生正弦波 (2)

2.2.1电压比较器-自激振荡产生方波 (2)

2.2.2电路分析图 (5)

2.2.3仿真图及计算 (6)

2.3方波产生三角波 (8)

2.3.1电路图分析 (9)

2.3.2仿真图及计算 (10)

2.4三角波变为正弦波 (10)

2.4.1低通滤波器 (11)

2.4.2傅里叶级数 (12)

2.4.3电路图及分析 (13)

2.4.4仿真图 (14)

3.总的电路图及仿真图 (15)

4.课程设计中的体会 (16)

5.参考文献 (17)

一.实验目的

1.学习方波、三角波发生器的设计方法。

2.学会用multisim10对设计的波形发生器进行仿真与分析

二.实验原理

2.1总的电路图

2.2自激振荡产生方波：

因为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；因为产生振荡，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；因为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。

矩形波发生电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。电压传输特性如图所示。

2.2.1电压比较器-自激振荡产生方波

自激振荡原理：由反馈的一般表达式可知，负反馈放大电路的闭环放大倍数如下：

A

=1/(1+AF)

f

=无穷，此时没有输入信号，放大电路仍将若上面的1+AF=0，则A

f

有一定的输出信号，说明放大电路产生了自激振荡，因此负反馈放大电路产生自激振荡的条件是1+AF=0

即AF=-1；

产生自激振荡的条件是|AF|>=1

自激振荡电路图如下：

2.2.2电路图分析：

对方波而言：

波形幅值不变，它是由稳压管将电压限制在一定范围内，其幅值为稳压管的压降+0.7V 左右得到的。

由图得2.2+0.7=2.9V左右。

在保证其他值不变的情况下

1.R10/R4越大，延迟时间越长；周期越大

R10/R4越小，延迟时间越短；周期越小

2.R7越大，延迟时间越长；周期越大

R7越小，延迟时间越短；周期越小

3.电容C2，；值越大，波形周期越小

电容C2，值越大，波形周期越大

对三角波而言：

1.R10/R4越大，三角波的幅值越小，且越接离示波器的零基近准线。R10/R4越小，三角波的幅值越小，且越偏离示波器的零基准线，幅值只有负值或正值。

2.R7越小，三角波的幅值越小，周期越大。

R7越大，三角波的幅值越大，周期越小。

3.电容C2，值越小，幅值越小，周期越大。

电容C2，值越大，幅值越大，周期越小。

对正弦波而言：

1.R10/R4越大，三角波的幅值越小，周期越大。

R10/R4越小，三角波的幅值越大，周期越小。

2.R7越小，三角波的幅值越小，周期越大。

R7越大，三角波的幅值越大，周期越小。

3.电容C2，值越小，幅值越小，周期越大。

电容C2，值越大，幅值越大，周期越小。

2.2.3仿真图及计算：

方波幅值

理论值：Uom=±Uz=±2.9V 实际值如上图：±3.089V

方波震荡周期

T=2R

7*C*2ln(1+2R

10

/R

4

)

理论值：T=2*10*103*109 *2*ln(1+2*5*103/(25*103))≈0.67ms 实际值：如上图为1.170ms

其振荡频率为f=1/T

实际值：f≈0.86

理论值：f≈1.5

方波的傅里叶级数分解：

υ(t)=

2s V +πs V 2(sin 0ωt+31sin 03ωt+5

1sin 05ωt+......)

其中0

ω=T

π

2，

2s V 是方波信号的直流分量，π

s V

2sin 0ωt 为方波信号的基波

2.3方波产生三角波

2.3.1电路图分析：

在保证其他值不变的情况下：

1.电路中C6越大，三角波形会偏离示波器的零基准线，只出现负的的波形或正的波形。幅值变小

电路中C6越小，三角波形会接近离示波器的零基准线，出现正负半周的波形。幅值变大

2.电路中R1越大，三角波形会偏离示波器的零基准线，只出现负的的波形或正的波形。幅值变小

电路中R1越小，三角波形会接近离示波器的零基准线，出现正负半周的波形。幅值变大

2.3.2仿真图及计算：

三角波幅值Uos=±Ut

三角波幅值Uos=±Ut（其中Ut=（R

10÷R

4

）Uz）

实际值：±3.235v

理论值：Ut=（5*103/25*103）*2.9=±0.58V 三角波振荡周期

T=4R

10R

1

C

6

/R

4

实际值：1.774ms

理论值:T=4*5*103*5*103*4*109 /25*103≈0.16ms 其振荡频率

f= R

4/4R

10

R

1

C

6

实际值：f=0.56

理论值: f=6.25

2.4将三角波变为正弦波

2.4.1低通滤波器：

滤波电路的实质是“选频”，即允许某一部分的频率的信号顺利通过，而将另一部分的频率滤掉，

无源低通滤波器的缺点是：电压放大倍数低，带负载能力差。

低通滤波器是容许低于截至频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。让某一频率以下的信号分量通过，而对该频率以上的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器件的组合装置。一阶有源低通滤波器的截止频率为:f

=1/2*π*R*C。

2.4.2傅里叶级数；

将三角波按傅立叶级数展开可知，它含有3次谐波，5次谐波等多次谐波因此通过低通滤波器，滤掉谐波，取出基波，即可将三角波转换成正弦波，低通滤波器的通带截止频率应大于三角波的基波频率且小于三角波的3次谐波频率

将三角波按傅里叶级数展开：

U

o =

2

8

π

U

m

(sinωt-

9

1sinω3t+

25

1sinω5t-.......)

通带截止频率

理论值：f

0=

C

R*

*

*

2

1

≈1592.3

实际值：f

0=

179

.1

1≈848.17

2.4.3电路图及电路的分析：

在保证其他值不变的情况下：R3值越大:越接近正弦波，周期不变R3值越小:越接近三角波，周期不变电容C1改变其幅值

值越大，越平滑直至为直线

值越小，越接近正弦波直至为三角波2.4.4仿真图

通带截止频率

理论值：f

0=

C

R*

*

*

2

1

≈1592.3

实际值：f

0=

179

.1

1≈848.17

3.总的波形图及电路图

电路图

仿真图

4.课程体会

通过这次的学习，我了解了关于关于这个软件的使用，关于波形变化的实现及其产生原理，也认识到了仿真软件对波形发生器的基本分析方法和在分析仿真过程中的注意事项。也知道了关于论文的总的掌握，用公式编辑器对公式的编辑。

5.参考文献

【1】黄志玮.《基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析》. 电子工业出版社.

【2】童诗白，华成英。《模拟电子技术基础》北京：高等教育出版社.2001