正弦波发生器

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模拟电路课程设计报告

课题名称：设计制作一个产生方波－三角波－

正弦波函数转换器。

姓名：

学号：45

专业班级：电信

指导老师：

设计时间:1月3号

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设计制作一个产生方波－三角波－正弦波函数转换器

（一）设计任务和要求

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；

⑤用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V）

（二）函数发生器的方案

(一)：直流电源（将220V的交流电变成+12V和-12V的直流电）

直流电源的组成及各部分的作用:

1.直流电源发生电路图如下所示:

电网

电压

电源

变压器

整流

电路

滤波

电路

稳压

电路

负

载

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（二）函数发生器

方案一：

如下图所示：

U1

UA741CD

3

2

4

7

6

51

U2

UA741CD

3

2

4

7

6

51

R1

20k

R2

10k

Key=A

50%

R3

10k

Key=A

50%

R4

20k

Key=A

50%

1

D1

1N5226B

D2

1N5226B

VCC

12V

VCC

3

R5

10k

Key=A

50%

GND

6

GND

GND

VDD

-12V

VDD

C1

220nF

GND

GND

VCC

12V

VDD

-12V

VDD

VCC

5

GND

2

C2

470nF

C3

470nF

R6

100k

Key=A

50%

R7

10k

R8

10k

R9

10k

R10

100

8

GND

GND

9

Q1

2N2218

Q2

2N2218

Q3

2N2218

Q4

2N2218

10

GND

GND

11

R11

100

Key=A50%

1213

16

R12

10k

R13

10k

R14

10k

R15

10k

1718

15

19

GND

GND

GND

GND

C4

470nF

C5

1uF

14

GND

GND

VCC

12V

VCC

VDD

-12V

VDD

XSC1

ABCD

G

T

4

7

20

GND

GND

图(1)

电压（滞回）

比较器

积分运算电路差分放大电路

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方案二：

如下图所示

：

图(2)

方案三：

如下图所示：

电压（滞回）

比较器

积分运算电路

二阶低通滤波

电路

电压（滞回）

比较器

积分运算电路利用折线法

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图(3)

方案讨论：（我选择第三种方案）

制作一个函数发生器（方波-三角波-正弦波的转换），由电压比较器可以产生方

波，方波通过积分可以产生三角波，对于三角波产生正弦波的方法较多。

方案一中了利用差分放大电路实现三角波-正弦波的转换，优点：差分放大电路

具有工作稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强，特别是作为直流放大器时，可以

有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变成正弦波，有效的利用了差

分放大传输特性曲线的非线性。缺点：差分放大电路比较复杂，很容易造成虚焊，

布局中有较多的晶体管，很容易错焊。

方案二中利用了折线法实现三角波-正弦波的转换，优点：利用折线法焊接电路

比较简单，不受输入电压频率范围的限制，便于集成化；缺点：反馈网络中的电

阻要匹配很困难。

方案三中利用了低通滤波实现三角波-正弦波的转换，优点：电路焊接比较简单，

减少工作量和器材，所需要的器材都比较容易购买

三、单元电路设计与参数计算

1、直流电源的参数设计

提供的是220V的交流电源要变为12V直流电源，整流后的电压及电流为：

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【1】整流电路：将交流变直流的过程。

设变压器副边电压U2=wtUsin2

2

,U

2

为其有效值。

则：输出电压的平均值

)(sin2

1

2

0

)(

wtwtdUU

AVO



2

9.0U

输出电流的平均值

I

O(AV)

=0.9U

2

/R

L

脉动系数

S=

)(

1

AVO

MO

U

U

=2/3=0.67

二极管的选择

最大镇流电流I

F

>1.1

L

R

U



2

2

最高反向工作电压URM

>1.1

2

2U

【2】滤波电路：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。

如图所示按照三角形相似关系可得：

U

O(AV)

=2U

2

(1-T/4R

L

C)

当R

L

C=(3~5)T/2时，U

O(AV)

=1.2U

2

脉动系数为

S=

TCR

T

L

4

滤波后的电压：

【3】稳压电路：把电压幅值稳定的电路。

在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，

通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。限流电阻

R是必不可少的元件，它既限制稳压管中的电流使其正常工作，又与稳压管相

)

4

1(2

2

UU

U

2

OminOmax

AVOCR

T

U

L



＋

＝

）（

(b)理想情况下的波形

(c)考虑整流电路内阻时的波

形

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配合以达到稳压的目的。一般情况下，在电路中如果有稳压管存在，就必然有

与之匹配的限流电阻。

(1)稳压电路输入电压U

I

的选择：

根据经验，一般选取U

I

=(2~3)U

O

U

I

确定后，就可以根据此值选择整流滤波电路的元件参数。

(2)稳压管的选择：

U

Z

=U

O

;

I

Zmax

-I

Zmin

>I

Lmax

-I

Lmin

;

稳压管最大稳定电流I

ZM

>=I

Lmax

+I

Lmin

（3）限流电阻R的选择：

通过查手册可知：I

ZMIN

<=I

DZ

<=I

ZMAX

;

计算可知:

max

R=（UImin

-U

Z

)/(I

Z

+I

Lmax

）

R

min

=(U

Imax

-U

Z

)/(I

ZM

+I

Lmin

)

其中变压器用220V~15V规格的选的三端稳压器为：LM7812、LM7912，整流用

的二极管可用1N4007，电解电容用3300ufC7与C8可用220Uf电容C3与C3

可用0.3322UfC5与C6可用0.1uF，发光二极管上的R用1K。

2、波形产生电路部分的参数设计

方波要求幅值为2V，三角波要求峰峰值为2V.

利用同相滞回比较器和积分运算电路分别产生方波和三角波。

图中滞回比较器的输出电压

1O

U=

z

U，其中

z

U由可由+稳压管确定，由于没有

稳压值为2V的稳压管，所以在3.3V的稳压管的两端并联一个10K的电位器，以

达到输出电压为2V的要求。

跟据叠加原理，集成运放

1

A同相输入端的电位为:

1212

1122

12121212

POOOZ

RRRR

U梦见和男朋友分手 UUUU

RRRRRRRR





令

11

0

PN

UU，则阈值电压：

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2

1

TZ

R

UU

R



设二极管导通时的等效电阻可以忽略不计，电位器的滑动端移到最上端。当

1O

U=+

Z

U时，D1导通,D2截止，输出电压的表达式为（以下出现的RW

为图（3）

中的R

7

）

2O

U=-UZ

(t

2

-t1)/(R

3

C)+

2O

U(t0

)

其中

2O

U随时间线性下降。当

1O

U=

Z

U时，D2导通，D1截止，输出电压表

达式为

2O

U=-1/[(R3

+R

W

)C]U

Z

(t

2

-t1)+

2O

U(t1

)

Uo随时间线性上升，由于Rw远大于R3,,根据三角波发生电路振荡周期仓库管理员职责 的计算

方法，可得出下降时间和上升时间，分别为

T

1

=t

1

-t

2

=2R

1

R

3

C/R

2

T

2

=t

2

-t

1

=2R

1

(R

3

+R

W

)C/R

2

所以振荡周期为T=2R

1

(2R

3

+R

W

)C/R

2

因为R3的阻值远小于R

W

，所以可以近似认为T=T

2

由调整和的阻值可以改变锯齿波的幅值；调整R1,R2和RW的阻值以及C的容量，

可以改变振荡周期；调整电位器滑动端的位置，可以改变

2O

U的占空比，以及锯

齿波锯齿波上升和下降的斜率。

因为设计要求：方波的幅值为2V,三角波的峰峰值为2V,所以2

1

1

2

R

R

,

取

1

R=20K,

2

R=10K,为了更好的调节出波形，取

2

R为10K的电位器，

取C=0.47Uf,RW为20K的电位器，又f为200HZ~20KHZ,由f=R

2

/2R

1

(2R

3

+R

W

)CR

3

得为96.35~9.64K，所以取R

3

为20K的电位器

三角波

02

U经二阶低通滤波电路后形成正弦波，其中：

23

CCC

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传递函数为



213

up

u

up

As

As

AssRCsRC









令s=jw,fo=1/2∏RC,则电压放大倍数

2

00

13

up

u

up

A

A

ff

jA

ff











要求正弦波的幅值为2V，则，

up

A=2

即

up

A=1+9

8

R

R

=2

所以取

67

RR=1K,

8

10RK,R9

=10K,

23

0.47CCuF

（四）总原理图及元器件清单

总原理图

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图五：总原理方框图

2.元件清单

元件序号型号主要参数

数量

单价

变压器15V

1

9.0元

三端稳压器W7812

1

1.0元

三端稳压器W7912

1

1.0元

电阻R

4

,R

9

,R

10

10K40.1元

电阻R

7

,R

8

1K40.1元

电阻R

2

20K10.1元

电位器R

3

,R

6

20K20.8元

电位器R

5

10K20.8元

电容0.1uF20.2元

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电容电解电容3.3mf21.5元

电容0.33Uf20.2元

电容C

1

,C

2

,C

3

0.47uF30.2元

电容电解电容250uF20.5元

二极管1N400760.1元

发光二极管超红LED

1

,超

绿LED

2

20.3元

稳压管3.3V20.2元

电阻R

4

5K10.1元

芯片Ua74131.0元

夹子红色,黑色90.2元

五、安装与调试

1.直流稳压电源

（1）．设计并画出电路图。

（2）．参数计算,焊接电路.

（3）．用万用表测得输出的直流电压及两端的管压降。

2.正弦波、方波、三角波、锯齿波

（1）．根据设计题目要求，选定电路，确定集成运放的型号，并进行参数计算。

（2）按所设计得方案组装焊接电路板。

（3）．调试电路，观察输出波形，并与理论计算值做比较，计算误差。

（4）经调试后用示波器可测得各输出端的波形如下所示。

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方波三角波输出波形

正弦波输出波形

六、性能测试与分析

1．直流稳压电源

（1）．数据记录：

输出：+12.1V、-12.0V。

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管压降为:LM7812：9.5V,LM7912:9.6V

（2）．数据处理：

b．输出直流电压相对误差：

LM7812：|12.1-12|/12100%=0.83%。

LM7912：|12-12|/12

100

%=0%。

2.方波—三角波—正弦波发生器

（1）．数据记录

a．方波

由图可知，方波的峰-峰值：Up-p=2.022＝4.04V幅值为：

U=4.04/2=2.02V

误差分析：误差百分比=|2.02-2.0|/2.0

100

%=1.0%

b．三角波

由图可知，三角波的峰-峰值：Up-p=2.01

误差分析：误差百分比=|2.0-2.0|/2.0

100

%=0%．

C．正弦波

由图可知，正弦波的峰-峰值：Up-p=2.12=4.2V幅值为：U=4.2/2=2.1V

频率调节范围为：163.35HZ—10.56KHZ

误差分析：误差百分比=|2.1-2.0|/2.0

100

%=5.0%

误差分析：

1提供的直流信号源输出电压没有达到理论值且输出电压不稳定。

2时间引起温度变化，集成块，电位器会发生变化影响测量值

3电路原理存在缺陷，参数设计的不够合理，导致与理想值存在差距；

4电子元件没有达到标准值。

5万用表的精确度不高，造成读数误差。

6焊接过程中，锡丝用量不够合理，导致电路接触不好，造成误差、。

7电网不稳定，造成误差。

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七、结论与心得

实验结果讨论

1.通过整流、滤波、稳压电路可把交流电变为稳定的直流电源；在整流环节

单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副变电压下，对二极管

的要求是一样的，并且还有高输出电压，变压器利用率高，脉动系数小等优点。

2.在焊接直流电源时应注意大容83年是什么命 量的电解电容，正负不可接反，引脚课遵循

长正短负的原则，否则很容易爆炸。

3.本实验通过对方波的积分得到高线性度的三角波，要让三角波的占空比可

调，可利用二极管的单向导电性使得积分电路中的C充，放电的回路不同便可得，

若要由三角波得到方波，只需要对三角波进行微分。

4.产生方波可用电压比较器实现，选用滞回比较器是因为其抗干扰能力强。

5.焊接电路最好先布局好，考虑好再进行焊接，可省下许多不必要的麻烦。

6.正弦波可通过不同的方案得到，要根据一定的条件选择，细心设计焊接电

路，不可盲目操作，通过不同的方法，计算合理的参数可以让不同的波形进行

相互转换。

模拟电路课程设计心得体会

通过这次课程设计——方波-三角波-正弦波电流的转换，学习到了很多，使

我受益匪浅，不仅学习到了专业知识与技能，更重要的是收获到了经验与体会。

实验设计使我掌握了如何识别常用元国语歌曲 件，实际操作起来很困难，要将实际和理论

联系起来需要不断的下功夫，它和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一

个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们

在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通

过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上

结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资

料，和组织材料的综合能力。

课程设计诚然是一门专业课，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我很

多思考的空间，同时动手尚派形意拳 设计让我感触颇深，仿真死海在哪个国家 电路上先尝试下方案的可行性，

再通过小组的讨论确定了相对最好的方案，再进行焊接，电路板的焊接过程中，

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首先要整体的布局，使元器件分配均匀，外表美观，以及焊接得更快，更准确，

也能节省时间，减少失误；同时，焊一杆清台 接电路时一定要注意接点不能虚焊，元器件

的正负极要区分开，不要焊接反了。虽然过程有点辛苦，但是看到示波器上显示

出的属于自己的成果，心里别提多高兴了。

通过这次实验设计，我懂得了理论与实际相结合是很重要的，以及团结力量

的强大，这次设计让我明白了思路即出路，有什么不懂的要及时请教老师或同学，

相信只要认真专研，动脑思考，动手实践，一定会收获硕果累累。

建议：

(1).安全起见，焊接直流电源时变压器应用螺丝固定，将保险丝固定在电路板中。

(2).对于比较复杂的电路，裸露的导线交叉焊接时有可能烧坏电路或是使电路短

路，引入过桥线可以避免一些不必要的麻烦。

(3).由于没有2.0V的稳压管，可用稳压值为3.3V的稳压管，可以在它两端并联

一个10K的电位器调节需要的稳幅电压

(八)参考文献：

1．．《模拟电子技术》----清华大学出版罗振中主编(2005)

2．《模拟电子技术基础》----清华大学出版金凤莲编（2009）

3．《电子线路设计实验测试》——华中科技大学出版社志美主编

4．《模拟电子技术基础》——清华大学电子学教研组童诗白华成英编（2000）

5.《电子实验与课程设计》——赣南师范学院物理与电子信息学院

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物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表

专业：电子信息工程班级：电信学号：45姓名：

课题名称正弦波-方波-三角波函数转换器

设

计

任

务

与

要

求

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;

5．用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V）。

设

计

报

告

成

绩

评分标准：

①有合理的方手术室工作总结 案设计和论证、电路参数的计算、总原理图和清单。（0-20分）

②电路板制作、调试规范，有详细制作和调试过程。（0-10分）

③电路板测试合理，对性能指标测试数据完整，正确；进行数据处理规范，进行了

误差计算和误差分析。（0-15分）

④对课程设计进行了总结，有体会，并能提出设计的改进、建设性意见。

（0-5分）

设计报告成绩：

电

子

作

品

成

绩

评分标准：

①电路正确，能完成设计要求提出的基本功能。（0-30分）

②电路板焊接工艺规范，焊点均匀，布局合理。（0-20分）

(其中直流电源部分占20%，功能部分80%)

电子作品成绩：

课

程

设

计

成

绩

总成绩：

指导教师：

1月3日

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