实验九 利用函数电路实现波形变换
第9章(09)波形的发生与变换电路PPT课件
Z
1 j C (R j L) 1 j C R j L
Z
1 j C ( j L)
L C
1 j C R j L
R j( L 1 ) C
谐振时：
0L
1
0C
0
谐振频率：
f0
2π
1 LC
品质因数
并联谐振时总电流与电感支路电流或电容支路电流之比。
Q I L /I I C / I 0 L / R 1/ 0CR
谐振曲线
Q值越大，曲线较陡较窄。
并联谐振电路的谐振阻抗
Z0
L RC
Q 0 L
Q
0C
谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻。
输入电流 IS 和 IL 或 IC 的关系
•
•
•
IC 0CV0 QIS
V0 IS Z0 IS Q / 0C 通常Q>>1，所以 IC≈IL >>IS
Z Q
大
Q
小
0
幅频特性
2、正弦波振荡电路的组成及各部分的作用 （1）放大电路—— 没有放大，不可能产生振荡。
要保证电路具有放大功能
（2）反馈网络—— 形成正反馈，以满足相位平衡条件
（3）选频网络—— 以产生单一频率的正弦波(RC、LC)
（4）稳幅电路—— 以保证输出端得到不失真的正弦波， 使振荡稳定
3、正弦波振荡电路的分类 根据选频网络所用元件来命名 LC正弦波振荡电路:输出功率大、频率高。 RC正弦波振荡电路:输出功率小、频率低。
变RC可调节谐振频率
RC串并联网络的频率特性曲线
2.振荡的建立与稳定
起振条件AuF > 1 ，因为 | F |=1/ 3，则
Au
波形产生电路实验报告
波形产生电路实验报告一、实验目的本实验旨在探究波形产生电路的基本原理和实现方法，并通过实验操作，了解不同电路参数对波形产生的影响。
二、实验器材1.示波器2.函数信号发生器3.电阻、电容等元器件4.万用表三、实验原理1.基本原理：波形产生电路是指能够产生各种规定形状的周期性信号的电路。
其中，常见的信号有正弦波、方波、三角波等。
2.具体实现：通过改变元器件参数或改变连接方式，可以得到不同形状和频率的周期性信号。
例如，正弦波可以通过RC滤波电路产生；方波可以通过比较器电路和反相放大器电路产生；三角波可以通过积分放大器电路和反相放大器电路产生。
四、实验步骤及结果分析1.正弦波产生电路：（1）将函数信号发生器输出连接至RC滤波电路输入端；（2）调节函数信号发生器输出频率为1000Hz；（3）调节RC滤波电路中的R值和C值，观察示波器上输出的正弦波形状，并记录下所使用的元器件参数；（4）重复以上步骤，改变RC电路中的R和C值，观察输出波形的变化情况。
实验结果：通过调节RC电路中的R和C值，可以得到不同频率和振幅的正弦波。
2.方波产生电路：（1）将函数信号发生器输出连接至比较器电路输入端；（2）设置比较器电路阈值电压为0V；（3）调节函数信号发生器输出频率为1000Hz；（4）观察示波器上输出的方波形状，并记录下所使用的元器件参数；（5）重复以上步骤，改变比较器电路阈值电压和函数信号发生器输出频率，观察输出波形的变化情况。
实验结果：通过调节比较器电路阈值电压和函数信号发生器输出频率，可以得到不同占空比和频率的方波。
3.三角波产生电路：（1）将函数信号发生器输出连接至积分放大器电路输入端；（2）将积分放大器电路输出连接至反相放大器输入端；（3）调节函数信号发生器输出频率为1000Hz；（4）观察示波器上输出的三角波形状，并记录下所使用的元器件参数；（5）重复以上步骤，改变积分放大器电路中的R和C值，观察输出波形的变化情况。
波形转换
转换为方波一、性能指标：将周期性变化的波形变为方波。
P P V -:0.8v--5v占空比：0.5 频率：200kHz二、方案论证：实验原理：电压比较器可将周期性变化的波形转化为方波。
1、在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，输出电压只有高电平和低电平两种可能的情况。
2、通常用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。
3、电压传输特性的三要素是输出电压的高电平、低电平，阈值电压和输出电压的跃变方 向。
输出电压的高低决定于限幅电路；令N p u u =所求出的I u 就是阈值电压；I u 等于阈值电压时输出电压的跃变方向决定于输入电压作用于同相输入端还是反相输入端。
电压比较器的种类：单限比较器、滞回比较器、窗口比较器。
a 、单限比较器：电路只有一个阈值电压，输入电压I u 逐渐增大或逐渐减小时，当通过TU时，输入电压I u 产生跃变，从高电平OH U跃变到低电平OL U ,或者从OL U 跃变为OH U 。
在单限比较器中，输入电压在阈值电压附近的任何微小变化，都会引起输出电压的跃变，不管这种微小变化时来源于输入信号还是外部干扰。
因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力很差。
一般单限比较器的电路图：b 、滞回比较器:电路有两个阈值电压，输入电压I u 从小变大过程中使输出电压ou产生跃变得阈值电压1T U ,不等于从大到小过程中使输出电压o u 产生跃变的阈值电压2T U ,电路具有滞回特性。
它与单限比较器的相同之处在于：当输入电压向单一方向变化时输出电压只跃变一次。
有滞回特性,具有抗干扰能。
c 、窗口比较器：电路有两个阈值电压，输入电压Iu 从小变大或从大变小过程中使输出电压o u 发生两次跃变。
窗口比较器与前两种比较器的区别在于：输入电压向单一方向变化过程中，输出电压跃变两次。
三种电压比较器电压传输特性如下：通过以上三种比较器的描述，最终选择滞回比较器。
三、系统硬件电路设计：电路原理图：1、芯片的选择:运放可以做比较器电路，但性能较好的比较器比通用运放的开环增益更高，输入失调电压更小，共模输入电压范围更大，压摆率较高(使比较器响应速度更快)。
正弦波-方波-三角波函数转换器讲解
课程设计名称：电子课程设计课程设计题目：设计制作一个产生正弦波-方波-三角波函数转换器学院名称：信息工程学院专业：班级：学号：姓名：评分：教师：20 13 －20 14 学年第 1 学期第 1 周－ 3 周题目设计制作一个产生正弦波-方波-三角波函数转换器内容及要求：设计制作一个产生正弦波-方波-三角波函数转换器，要求实现：（1）输出波形频率范围为0.2KHz~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；进度安排：1.根据任务要求，查阅相关资料，完成设计前的前期工作：2天2.根据资料，进行方案设计并对比论证，完成参数计算：2.5天3.领取元器件，连接电路，完成电路调试：34.提交报告：12周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
摘要在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。
用三角波，方波发生电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。
因此，本设计意在用LM324放大器设计一个产生正弦波-方波-三角波的函数转换器。
为了使这三种波形实现转换，正弦波可以通过RC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，三角波的占空比只要求可调即可。
从而实现转换器的设计。
关键字：放大器、波形转换、同相滞回比较、电路积分电路、滤波电路目录前言 (1)第一章设计要求 (2)1.1 设计内容及要求 (2)第二章系统组成及原理 (3)2.1 方案一 (3)2.2 方案二 (3)第三章单元电路设计与计算 (5)3.1 单元电路设计 (5)3.1.1 正弦波发生器实验原理 (5)3.1.2 正弦波—方波转换器实验原理 (6)3.1.3 方波—三角波转换器实验原理 (8)3.1.4 直流电源电路原理 (9)3.2 三角波正弦波转换电路 (11)3.2.1 直流电源的参数设计 (11)3.2.2RC正弦波振荡电路的参数设计 (11)3.2.3 方波电路的参数设计 (11)3.2.4 三角波电路的参数设计 (11)第四章安装与调试 (12)第五章性能测试及分析 (13)第六章结论与心得 (14)6.1 实验结论 (14)6.2 心得体会 (14)参考文献 (15)附录 (16)1 总原理图 (16)2 芯片管脚图 (17)3 原件清单 (17)前言现今世界中电子技术与电子产品的应用越加广泛，人们对电子技术的要求也越来越高。
方波 三角波--转换电路实验报告册
物理与机电工程学院（2015——2016 学年第二学期）综合设计报告方波三角波转换电路专业：电子信息科学与技术学号：2014216041姓名：张腾指导教师：石玉军方波三角波转换电路摘要：一般方波-三角波发生器要用三只运算故大器,而且要用二极管或双向稳压管等有源器件进行限幅,线路较烦琐。
这里介绍一个实用的方波-三角波发生器。
该电路工作稳定、可靠,而且频率、幅度调节方便。
通过在Multisim10虚拟实验环境中对方波一三角波函数发生器电路的设计，阐述Multisim10在电路仿真设计中的应用过程，实现真正意义上的电子设计自动化（DEA）。
关键字：三角波发生器频率方波二极管稳压管有源器件限幅实用振荡电路积分器1.引言：电子电路邻域中的信号波形，除了正弦波之外另一类就是非正弦波。
非正弦波又称为脉冲波，如方波、矩形波、三角波等都是最常见的脉冲波形，当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的进步，给人们带来了根本性的转变。
现代电子领域中，单片机的应用正在不断的走向深入，这必将导致传统控制与检测技术的日益革新。
单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比，在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用，并走入家庭，从洗衣机、微波炉到音响汽车，处处可见其应用。
因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。
信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的一般可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一，不用依靠单片机。
但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。
在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。
而借用计算机技术和DDS技术直接产生的各种波形频率高，成本高。
2.设计内容和要求：(1).内容：设计一个用集成放大器构成的方波-三角波产生电路，指标要求如下：方波重复频率：500Hz 相对误差<5%;脉冲幅度：6-6.5V三角波重复频率：500Hz 相对误差<5%;脉冲幅度：1.5-2V(2).要求：①根据设计要求和已知条件，确定电路方案，设计并选出各单元电路的原件参数。
08.波形产生电路与变换电路报告
返回＞＞第八章 波形产生电路与变换电路波形产生电路：产生各种周期性的波形。
波形变换电路：将输入信号的波形变换成为另一种形状。
§1 非正弦波产生电路矩形波、锯齿波、三角波等非正弦波，实质是脉冲波形。
产生这些波形一般是利用惰性元件电容C 和电感L 的充放电来实现的，由于电容使用起来方便，所以实际中主要用电容。
一、利用电容器充放电产生脉冲波形(产生脉冲波形的基本原理)电路如下图，如果开关K 在位置1，且稳定，突然将开关K 扳向位置2，则电源U CC 通过R 对电容C 充电，将产生暂态过程。
τtC C C C e u u u t u -+∞-+∞=)]()0([)()(τ－时间常数，它的大小反映了过渡过程(暂态过程)的进展速度，τ越大，过渡过程的进展越慢。
τ近似地反映了充放电的时间。
u c (0+)—响应的初始值u c (∞)—响应的稳态值对于充电，三要素的值分别为： u c (0+)=0 u c (∞)=U CC τ充＝RC稳定后，再将开关K 由位置2扳向位置1，则电容器将通过电阻放电，这又是一个暂态过程，其中三要素为u c (0+)=U CC u c (∞)=0 τ放＝RC改变充放电时间，可得到不同的波形。
如果τ充=τ放=RC <<T ，可得到近似的矩形波形； 如果τ充=τ放=RC >>T ，可得到近似的三角波形；如果τ充> >τ放，且τ充>>T ，可得到近似的锯齿波形。
将开关周期性性地在1和2之间来回扳动，则可产生周期性的波形。
在具体的脉冲电路里，开关由电子开关完成，如半导体三极管来完成，电压比较器也可作为开关。
我们讨论用电压比较器的积分电路组成的非正弦波产生电路。
二、矩形波产生电路1. 基本原理利用积分电路(RC 电路的充放电时的电容器的电压)产生三角波，用电压比较器(滞回)(作为开关)将其转换为矩形波。
2. 工作原理 电路如图 充电ZC TH U R R R U t u U 3221)(++===⊕放电ZC TH U R R R U t u U 3222)(+-===⊕3. 振荡周期的计算τtC C C C e u u u t u -+∞-+∞=)]()0([)()(τ1)]()0([)()(1T C C C C eu u u T u -+∞-+∞=τ1)]()0([)()(1T C C C C eu u u T u -+∞-=∞-)()0()()(11∞-∞-=+-C C C C T u u u T u eτ，)0()()()(ln 11+-∞-∞=-C C C Cu u T u u T τ)()()0()(ln11T u u u u T C C C C -∞-∞=+放τ其中：RC =放τ，z C U u -=∞)(z C U R R R u 322)0(+=+，zC U R R R T u 3221)(+-=代入上式得：)21ln(ln 323223221R R RC U R R R U U R R R U RC T zz zz +=++-+--=同理求得：)21ln(322R R RC T +=则周期为：)21ln(23221R R RC T T T +=+=从前面我们可知，矩形波的占空比为T T D 2=占空比可调电路如图所示：可求出占空比：)21ln()(32'11R R C r R R R T d W W ++-+= )21ln()(32'22R R C r R R T d W +++=)21ln()2(322121R RC R r r R T T T d d W ++++=+=占空比：R r r R R r R T T D d d W d W 2211'2+++++==三、三角波产生电路1．电路组成 从矩形波产生电路中的电容器上的输出电压，可得到一个近似的三角波信号。
波形发生及变换电路.ppt
第9章 波形发生及变换电路
9.3.1 LC 并联网络的选频特性
YYYjjjCCCRRR1j11jjLL
RRR2 22 R(R(R(LL)L2))22jjCC
RR2 2(L(LL)L2)22
图 9.3.1 LC并联电路
C L
0 电路发生并联谐振。
R2 (L)2
一般 R L
则
1 ω0 L ω0C
用同轴电位器实现f0的 微调。
图 9.2.9 振荡频率的调节
第9章 波形发生及变换电路
1
R2
R28
2
电子琴的振荡电路
R27
3
R26
4
RF1 RF2
D1
R25
5
R24
6
R23
7
R22
1
R21
R1 C
C
D1 _
+ +
Rf
可调
uo 功率放 大器
第9章 波形发生及变换电路
例9.2.1 试用相位平衡条件判断如图9.2.6(a)所示电路能否产
RR
F
FF
U ff UU Oo
ZZ2 2 ZZ1 1ZZ2 2
R
R
1 1jRjCRC
1 1 1
1
3
1
jjCC1 1jRjCRC
3 j( 0 ) 式中: 0 = 1/RC
1
j(RC
1)
RC
0
幅频特性： F
1
32 ( 0 )2
Z1 o
0
Z2
相频特性：
0
F arctan 0 3
1.分析电路的结构 (1)检查电路的基本组成，看电路是否包括放大电路、 反馈网络、选频网络和稳幅环节。 (2)检查放大电路直流通路，看静态工作点是否合适。 (3)检查交流通路，看信号能否输入、输出和放大， 即能否保证放大电路正常工作。
波形发生器函数信号发生器设计课程设计
目录一、设计要求------------------------------------------------2二、设计的作用与目的------------------------------------2三、波形发生器的设计------------------------------------31、函数波形发生器原理和总方案设计-------------------32、方案选择及单元电路的设计---------------------------53、仿真与分析----------------------------------------------94、PCB版电路制作-----------------------------------------13四、心得体会-----------------------------------------------15五、参考文献-----------------------------------------------16附录波形发生器的设计电路函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路。
函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。
通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。
一、设计要求设计一台波形信号发生器，具体要求如下：1.该发生器能自动产生正弦波、三角波、方波。
2.指标：输出波形：正弦波、三角波、方波。
频率范围：1Hz~10Hz，10Hz~100Hz ,100Hz~1KHz,1KHz~10KHz。
输出电压：方波VP-P≤24V，三角波VP-P=8V，正弦波VP-P＞1V；3.频率控制方式：通过改变RC时间常数手控信号频率。
4.用分立元件和运算放大器设计的波形发生器要求用EWB进行电路仿真分析，然后进行安装调试。
二、设计的作用与目的1.通过这次课程设计从而掌握方波——三角波——正弦波函数发生器的原理及设计方法。
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实验九利用函数电路实现波形变换
—、实验目的
1 、利用二极管非线性特性 , 实现三角波→正弦波的变换。
2 、利用差分对管的饱和与截止特性，实现三角波→正弦波变换。
二、预习要求
1 、预习方波产生电路和方波→三角波的变换电路工作原理。
2 、预习三角波→正弦波的变换电路和工作原理。
三、实验仪器设备
1 、双踪示波器
2 、万用表
3 、高频电路实验装置
四、实验电路和工作原理
1 、二极管波形变换电路工作原理
从三角波和正弦波的波形上看 , 二者主要的差别在波形的峰值附近 , 其余部
分都很相似 . 因此只要设法将三角波的幅度按照一定的规律逐段衰减 , 就能
将其转换为近似正弦波 . 见图 9.1 所示 .
用二极管将三角波近似转换为正弦波的实验电路见图 9.2 。
图中 , R4 ～
R7,D1 ～ D3 负责波形的正半周， R8 ～ R11,D4
～ D6 负责波形的的下半周， R2 和 R3 为正负半周共用电阻， R1 对输入的三角波进行降压。
在正半周的变换过程中，设 R4 ～
R7 都取值为 1.2K Ω, 在正半周 , 当 D1 ～ D3 都不导通时， C 、 B 、 A 点的电压分别为 1.25V,2.5V,3.75V 。
在波形变换的过程中 , 由于二极管的非线性特性，加上输入函数的时间关联性 , 不同时刻二极管上所承受的电压是不同的。
为了分析的方便 , 我们假设二极管的正向导通电压为 0.5V, 则当输入电压高于 1.75V 时 , 二极管 D3 导通，输出电压高于 1.75V ；当输入电压高于 3V 后 , 二极管 D2 导通 , 输出电压高于 3V; 当输入电压高于 4.25V 后 , 二极管 D1 导通 , 输出高于 4.25V. 以此类推 , 便可近似得到正弦波形 . 若增大电阻 R4 的值 , 可以降低波峰时的电压降 , 以适应不同输入电压的变换要求 . 负半周的变换原理与此相类似 , 读者可以自行分析。
图 9.1 三角波→正弦波变换原理示意图图9.2 二极管三角波→正弦波变压器2. 三极管波形变换电路工作原理
图 9.3 为利用三极管的非线性特性，实现三角波→正弦波的变换电路。
图中，RP1 调节三角波的幅度 ,RP2 调节电路的对称性
, 电阻 R2 可改变正弦波的失真度 ,RP3 用于调节输出电压的幅度 ,C1 为隔直电容。
图9.3 三极管三角波→正弦波变换器图.9.4 三极管三角波→正弦波变换曲线图
波形变换的原理是 : 利用差分对管的饱和与截止特性进行变换。
由模拟电子技术相关知识可知 , 差分对管的放大特性表达式为：
i c1 = = (1)
上式中，α = ≈ 1,I 0 为差分放大器的恒定电流 ;V T 为温度的电压当量 , 当室温为25 ℃ 时，V T ≈ 26mV.
如果 V id 为三角波 , 设表达式为
(2)
式中 ,V m 为三角波的幅度 ,T 为三角波的周期 .
将式 (2) 代入式 (1) 中 , 可得 :
（ 3 ）
用计算机对式（ 3 ）进行计算，打印输出的 i c1 (t) 或 i c2 (t) 曲线近似于正弦波，则差分放大器的输出电压 V c1
(t) 和 V c2 (t) 也近似于正弦波，波形变换过程如图 9.4 所示。
为使输出波形更接近正弦波 , 要求 :
①传输特性曲线尽可能对称，线性区尽可能窄；
⑧三角波的幅值 V m 应接近晶体管的截止电压值。
五、实验内容与步骤
1 ．二极管波形变换
实验电路见图 9.2
（ 1 ）将上下两端电阻 Rl — R 1l 分别选 1.2K 接至± 5V 电源，测得 A 、B 、 C 、 D 、 E 、 F 各点的分压电压。
选择
函数发生器输出的波形为三角波，频率调至 20KHz ， V P-P 调至 3V ，然后接入电路 IN 端，观察 OUT 输出波形。
（ 2 ）将 R4 、 R11 电阻，分别改接成 2K 和 5.1K （即： R4 ＝ R11 ＝ 2K 、R4 ＝ R11 ＝ 5.1K ），观察波形，测各点分压电压，并分别与接 1.2K Ω时相比较，分析原因。
V A V B V C V D V E V F
R4=R11=1.2K
Ω
R4=R11=2K Ω
R4=R11=5.1K
Ω
(3) 画出 (1) 、（ 2 ）不同电阻时的输出正弦波形。
2. 三极管波形变换
实验电路见图 9.3
选择函数信号发生器输出的波形为三角波，频率调至 20KHz ， V P-P 调至 3V ，调节三角波输出幅度，观察 OUT 输出波形，使三角波出现正、负半周削波，将负反馈 R2 接至三极管发射极，调节 RP2 ，可改变波形正、负半周的对称度，反复调节 RP1 、 RP2 即可得到正弦波输出。
调 RP3 可改变正弦波输出幅度。
R2 的大小可改变正弦波的失真度。
六、实验报告
1 、整理数据，画出波形图。
2 、二极管波形变换电路中，改变分压电阻（ R4 、 R11 ）时，对正弦波形有何影响。
3 、三极管波形变换电路中，分析电位器 RP1 、 RP2 和 RP3 的作用，以及改变负反馈电阻 R2 对正弦波的影响。
4 、比较两种变换电路的优缺点。