方波正弦波三角波转换器研讨.doc

毕业论文综合实践报告 题目 设计制作一个产生方波-三角波-正弦波函数转换器 内容及要求 1? 输出波形频率范围为0.02Hz~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； 5 设计电路所需的直流电源可用实验室电源。 摘要 1.1系统组成 本设计的方波—三角波转换电路由同相滞回比较电路和积分电路两部分组成。 图1—1 方波三角波发生电路 三角波正弦波转换电路由滤波电路完成。 图1—2 正弦波发生电路 1.2工作原理 本文所设计的电路是通过集成运算放大器长生不同的波形，先通过同相滞回比较电路产生方波，然后方波通过积分电路转换成三角波，最后由滤波电路将三角波转换成正弦波,从而完成波形的转换。 角波发生电路是通过R1调节方波的幅值，R2、R3调节方波的频率，R4调节三角波的峰峰值R5调节三角波的占空比。 三角波输入滤波电路后通过滤波作用将三角波转换成正弦波，输出正弦波的幅值由R6、R7、R8调节. 第二章、电路方案设计 方案一： 方案一电路由方波—三角波转换电路和三角波—正弦波转换电路组成。 2.1、方波—三角波转换电路如图3.1所示。 该电路由同相滞回比较电路和积分电路组成。滞回比较器输出电压U01在t0时刻由-Uz跃变为+Uz(为第一暂态)，此时积分电路进行反向积分，输出电压u0呈线性下降，当u0下降到滞回比较器的阈值电压-UT时即t1时刻,滞回比较器的输出的电压U01从+Uz跃变到-Uz（为第二暂态）。此后，积分电路进行正向积分，u0呈线性上升，当u0上升到滞回比较器的阈值电压+UT时即t2时刻,u01从-Uz又跃变回到+Uz，即返回第一暂态，电路又开始反向积分。如此周而复始，产生振荡。 图 2.1 2.2、三角波—正弦波转换电路如图2.2所示。 将三角波展开为傅里叶级数可知，它含有基波和3次 5次等奇次谐波，因此通过低通滤波器去除基波，滤除高次谐波，可将三角波转换成正弦波。这种方法适用于固定频率或频率变化很小的场合。电路框图如下左图所示。输入电压和输出电压的波形如下右图所示，U0的频率等于UI基波的频率。 将三角波按傅里叶级数展开 UI(wt)=8/（π*π）Um(sin wt-1/9sin 3wt+1/25sin 5wt-…) 其中Um是三角波的幅值。 图2.2 方案二： 方案二的方波—三角波转换电路与方案一相同，三角波—正弦波转换电路采用折线近似法，电路图如图3.3所示。 图2.3 方案论证：我选的是第一个方案，上述两个方案都能实现三种波形的产生和转换。但是，可以明显的看出方案二的电路比方案一的电路复杂，需要较多的元件。方案一电路比较简单利于焊接，需要的元器件也比较少，但是也有一点缺陷，在调节波形的频率时有一定的限度，在使用R2、R3调节波形的频率时会影响正弦波的幅值。 第三章、元件设计 3.1、方波—三角波转换电路元件 设计要求方波的幅值为±2V，则可令稳压管的稳压值为2V且R1为100KΩ的电位器。三角波的幅值为±1V，则 其中R6=0.5R5,可令电容C=1uf，根据所求结果可令R4、R5均为1KΩ的电位器，因为要求三角波的占空比可调，所以R4和R5之间用两个二极管以相反的方向连接。 设计要求最终输出的信号为0.02Hz~20KHz。 可求得R2=50KΩ，R3=1Ω。 3.2、三角波—正弦波转换电路元件 通过仿真为使正弦波的幅值可大范围调节可令R6为100KΩ的电位器，而R7=R8=1KΩ，电容C的大小为1uf。 第四章、实验分析 4.1、安装与调试 先在电路板上做好布局，然后进行焊接。焊接好电路到实验室进行调试，初次调试无法出现波形，且过一段时间后芯片开始发热，检查后发现是电源连接方法错误，调整后出现波形，但幅值和频率没有达到要求，调节变位器R1使输出方波的峰峰值为4V左右，调节变位器R2、R3改变信号的频率使其达到要求，然后通过改变R4的阻值使三角波的峰峰值为2V左右，最后调节R6的阻值使正弦波的峰峰值为4V左右。调节R5的阻值可以改变三角波的占空比。 4.2、性能测试及分析 4.2.1、方波三角波 方波 测试结果 要求 误差 峰峰值（V） 4.19V 4V 0.0475 频率 0.6KHz~11KHz 0.2KHz~20KHz 三角波 测试结果 要求 误差 峰峰值(V) 1.44V 2V -0.28 频率 0.6KHz~11KHz 0.02Hz~20KHz 5.2.2、正弦波 测试结果 要求 误差 峰峰值（V） 3.82 4 -0.045 频率 0.6KHz