函数波形发生器课程设计报告

电压比较器
方波
占空比可调 积 分 电 路
矩形波
三角波
低通发生器
积分电路 正弦波
锯齿波
通过四综示波器将三角波、方波、锯齿 波、矩形波、正弦波显示出来
图 1 方波、三角波、正弦波、锯齿波、矩形波信号发生器的原理框图
原理：
1.该电路通过电压比较器即可组成方波信号发生器。 2.然后经过积分电路产生三角波，通过改变方波的占空比不仅可以得到锯齿波， 还可得到额外的矩形波。 3.三角波通过低通滤波电路来实现正弦波的输出。
4.2 锯齿波——矩形波设计电路原理
图3 矩形波-锯齿波函数发生器电路 参数的计算为： 1.矩形波接入示波器的 A 通道，锯齿波接入示波器的 B 通道。 2.将比较器的输出电平稳定在±5V，选用 IN4731(4．3V)，其 Uo=±(4．3+0．7)= ±5V。 3.可变电阻 R7、R8 用来改变电阻比值以改变矩形波和锯齿波的输出幅值。取 R2
图 4 三角波产生正弦波原理图 原理：采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。
五． 仿真调试过程
遇到的问题：一开始通过比较器 U1和积分器 U2得到了方波-三角波仿真图， 但没弄清楚矩形波的产生原理。
解决方案：后来通过查询资料、询问同学，明白了矩形波可通过锯齿波经积 分器产生，而锯齿波可通过改变电容 C1的正、反向充电时间常数改变矩形波的 占空比。由此得到了矩形波-锯齿波仿真图。其电路图的改进过程如图5、图6所 示。
课程设计报告
学生姓名: 学 院: 班 级: 题 目:
学号： 电气工程学院
函数波形发生器的设计
指导教师：
职称:
年月日
一． 设计要求
函数波形发生器 基本要求： （1）用运算放大器和分立元件实现，生成方波、三角波、矩形波 （2）波形的幅值、频率可调 （3）用运算放大器和分立元件实现正弦波（拓展）
二． 设计原理及框图
四． 设计过程 4.1 方波——三角波设计电路原理
图2 方波-三角波函数发生器电路 参数的计算为： 1.方波接入示波器的 A 通道，三角波接入示波器的 B 通道。 2.将比较器的输出电平稳定在±5V，选用 IN4731(4．3V)，其 Uo=±(4．3+0．7)= ±5V。 3.可变电阻 R7、R8 用来改变电阻比值以改变方波和三角波的输出幅值。取 R2 为 10kΩ，则 R1 为 20kΩ，需要改变幅值时再使用可变电阻。
图7 频率为100Hz 的方波-三角波仿真图
2. A 通道为矩形波，取纵轴坐标为5V／Div，B 通道为锯齿波取纵轴坐标为10V ／Div， C 通道为变型的正弦波，取纵轴坐标为5V／Div。手动放置坐标线有微 小误差。当 R7、R8都取0 kΩ时，可实现矩形波幅值为±5V，锯齿波幅值为±10V， 变型的正弦波幅值为±5V。接通电容 C1，f0的范围为10Hz～100Hz，调节 R6可实 现 f0的连续变化，由模拟示波器可得仿真结果如图8所示。
三． 器件说明
类型 电阻
滑动变阻器
集成运放 电容 开关 普通二极管 稳压二极管 示波器
规格
数量
20K
1
10K
3
5K
1
5102Biblioteka 50K120 K
2
5M
1
100K
1
3554AM
2
240nF
1
2.2uF
2
单刀双掷开关 1
1N4148
1
1N4731A
2
四综示波器 1
备注 R1 R2、R3、R4 R5 R11、R12 R6 R7、R8 R9 R10 U1、U2 C1 C2、C3 J1 D3 D1、D2 XSC1
图 5 方波-三角波转换电路的工作原理图
图 6 矩形波-锯齿波转换电路的工作原理图 Multisim 10的仿真结果如下： 1. A 通道为方波，取纵轴坐标为5V／Div，B 通道为三角波取纵轴坐标为10V／Div。 手动放置坐标线有微小误差。当 R7、R8都取0 kΩ时，可实现方波幅值为±5V， 三角波幅值为±10V。接通电容 C1，f0的范围为10Hz～100Hz，调节 R6可实现 f0 的连续变化，由模拟示波器可得仿真结果如图5所示。
为 10kΩ，则 R1 为 20kΩ，需要改变幅值时再使用可变电阻。 4.f0 需在 10Hz 到 100Hz 的范围内以 10 倍频程变化，则电路用电容 C1 来实现 10 倍频程变化，用 R=R5+R6 来实现每个频程内的 f0 的连续变化，设 R5 为 5k Ω， 则 R6 约为 50kΩ，计算 f0 从 10Hz 到 100Hz 时电路中的电容 C1 有：
， 则 R 取 R5 时频率达到最大，此时 C1=240nF。 5.矩形波-锯齿波函数发生器与方波-三角波函数发生器的区别在于：电容 C1 的 正、反向充电时间不同，通过单刀双掷开关 J1 将开关拨到有 R10 和 D3 一侧，通 过改变滑动变阻器 R10 的阻值，可改变矩形波的占空比。
4.3 三角波--正弦波转换电路的工作原理（拓展）
图9 频率为100Hz 的方波--三角波-正弦波仿真图
总电路设计
图10 总电路设计图
六． 设计体会及收获
为期几天的课程设计已经结束，在这几天的学习、设计、及电路搭建过程中 我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过对函数信号发生器的设计， 我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、 搭建方法；以及如何提高电路的性能等等。
最后用一句话来结束吧：“实践是检验真理的唯一标准”。
图8 频率为100Hz 的矩形波-锯齿波-变型的正弦波仿真图 3. A 通道为方波，取纵轴坐标为5V／Div，B 通道为三角波取纵轴坐标为10V／Div， C 通道为正弦波，取纵轴坐标为5V／Div。手动放置坐标线有微小误差。当 R7、 R8都取0 kΩ时，可实现矩形波幅值为±5V，锯齿波幅值为±10V，变型的正弦波 幅值为±5V。接通电容 C1，f0的范围为10Hz～100Hz，调节 R6可实现 f0的连续 变化，由模拟示波器可得仿真结果如图9所示。
4.f0 需在 10Hz 到 100Hz 的范围内以 10 倍频程变化，则电路用电容 C1 来实现 10 倍频程变化，用 R=R5+R6 来实现每个频程内的 f0 的连续变化，设 R5 为 5k Ω， 则 R6 约为 50kΩ，计算 f0 从 10Hz 到 100Hz 时电路中的电容 C1 有：
， 则 R 取 R5 时频率达到最大，此时 C1=240nF。
通过对函数信号发生器的设计，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。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原 因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手 能力。在实验仿真过程中，我遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波 形这样的问题。在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高 兴啦。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂 状态，老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点，实在令我感动。