方波·三角波转换

一方波、三角波发生器
设计目的
1．学习由运算放大器组成的方波——三角波发生器电路，提高对运算放大器非线性应用的认识。

2．掌握方波——三角波发生电路的分析、设计和调试方法。

3．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法 4．培养综合应用所学知识来指导实践的能力法
二、 设计要求
1.复习教材中波形发生电路的原理。

2.根据所给的性能指标，设计一个方波、三角波发生器，计算电路中的元件参数，
3.设计一个能产生方波、三角波信号发生器，
4.能同时输出一定频率一定幅度的2种波形：方波、和三角波；
5.可以用±12V 或±15V 直流稳压电源供电
6.画出标有元件值的电路图，制定出实验方案，选择实验仪器设备。

7实现方波和三角波输出电压：方波输出幅值110o p p U V -≤，
28o p p U V -≤。

能够输出确定频率的三角波
三、 原理图
四、 设计说明书 1、设计题目
方波、三角波发生器
2设计目的
1．学习由运算放大器组成的方波——三角波发生器电路，提高对运算放大器非线性应用的认识。

2．掌握方波——三角波发生电路的分析、设计和调试方法。

3．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法
4．培养综合应用所学知识来指导实践的能力法
3、设计要求
1.复习教材中波形发生电路的原理。

2.根据所给的性能指标，设计一个方波、三角波发生器，计算电路中的元件参数，
3.设计一个能产生方波、三角波信号发生器，
4.能同时输出一定频率一定幅度的2种波形：方波、和三角波；
5.可以用±12V 或±15V 直流稳压电源供电
6.画出标有元件值的电路图，制定出实验方案，选择实验仪器设备。

4、设计过程
实验器材
1) uA741 2片 2) 稳压管（4.3或5.3V ） 2只 3) 15k 电位器 1只 4) 1k 欧姆电阻 1只 5) 10k 欧姆电阻 2只 6) 7.5 k 欧姆电阻 1只 7) 0.15uF 电容 1只 8) ±15V 直流电源 2台 9) 万用表 1台 10）示波器
实验原理
1．滞回电压比较器
图1为一种滞回电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R 3起限流作用，R 2和R 1构成正反馈，运算放大器当u p >u n 时工作在正饱和区，而当u n >u p 时工作在负饱和区。

从电路结构可知，当输入电压u in 小于某一负值电压时，输出电压u o = -U Z ；当输入电压u in 大于某一电压时，u o = +U Z 。

运算放大器在两个饱和区翻转时u p =u n =0，由此可确定出翻转时的输入电压。

u p 用u in 和u o 表示，有
2
1o 1in
22
1o
2
in 1p 1111R R u R u R R R u R u R u ++=++= 根据翻转条件，令上式右方为零，得此时的输入电压
th Z 2
1o 21in U U R R
u R R u μμ==-=
U th 称为阈值电压。

滞回电压比较器的直流传递特性如图2所示。

设输入电压初始值小于-U th ，此时u o = -U Z ；增大u in ，当u in =U th 时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。

如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小u in ，当u in = -U th 时，运放则开始进入负饱和区。

图1 滞回电压比较器图2 滞回电压比较器的直流传递特性如果给图1所示电路输入三角波电压，其幅值大于U th ，设t = 0时，u o= -U Z ，其输出波形如图3所示。

可见，输出为方波。

图3 输入为三角波时滞回电压比较器的输出波形
2．方波——三角波发生器
给图1所示的滞回电压比较器级联一积分器，再将积分器的输出作为比较器的输入，如图4所示。

由于积分器可将方波变为三角波，而比较器的输入又正好为三角波，因此可定性判断出，图4电路的输出电压u o1为方波，u o2为三角波，如图5所示。

下面分析其振荡周期。

图4 方波——三角波发生器
积分器输出电压从-U th增加到+U th所需的时间为振荡周期T的一半，由积分器关系式
⎰+---=2
Z th th 00
d )(1T
t t t U RC U U
或 2
12Z th T
U RC U =
注意到Z 21th U R R U =，故 2
1
4R RCR T =
振荡频率则为 1
241
RCR R T f ==
图5 方波——三角波发生器的输出波形
3．方波——三角波发生器的设计
（1）双稳压二极管的稳定电压根据方波幅值选取，电阻R 3根据双稳压二极管的最大电流确定。

（2）电阻R 1和R 2根据三角波的幅值确定。

（3）电阻R 和电容C 则根据振荡频率要求确定，电容C 的值不宜太大，以减小积分误差。

实验步骤
1．滞回电压比较器直流传递特性的测定
按图6接线（电路图特写），R 1=10k Ω、R 2=20k Ω、R 3=3.3k Ω、U Z ≈6V 、U += +15V ，U -= -15V ，最后在面包板上形成这样的电路(电路连线镜头)。

给比较器加一适当频率和幅值的正弦电压，用示波器观察并记录传递特性和输出波形（教杆指向波形,方波），并测定阈值电压。

(a) (b)
图6 (a) 滞回电压比较器 (b)UA 741稳压二极管的封装
2．方波——三角波发生器实现
按图7接线（电路图特写），用示波器观察u o1和 u o2的波形（教杆指向波形），其中u o1为
方波，u o2为三角波。

最后要求测出其幅值和频率。

图7 方波——三角波发生器
注意事项
1．接线前用数字多用表测量电阻、电容参数，并作好记录。

2．观察振荡波形时，注意两个输出电压的相位关系。

3. 运算放大器的电源线、地线切勿接错，否则容易损坏集成片。

4．运算放大器uA741的封装图与技术参数请预习有关附录。

5、设计总结
这次课程设计的题目比较实用，方波三角波都是比较常用的电压信号，使我对抽象的理论有了具体的认识。

通过对方波、三角波发生器的设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表。

通过对方波、三角波发生器的设计，我还深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。

而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。

最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。

通过这次仿真，掌握了方波、三角波产生的原理和方法，以及其他一些比较简单的波形的产生和转换。

最主要的是设计电路时参数的选取和搭建一个工程电路的逻辑和方法。

在设计的过程中，培养了独立思考问题的能力和自学的能力。

虽然，在设计时遇到种种问题，但是，经过认真的思考和查找相关资料，还是可以独立完成的。

现在已经具备设计简单电路的思想和方法。

个人感觉收获最大的就是学会了设计电路的这种方法和分析问题解决问题的思想。