方波正弦波三角波转换器 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
毕业论文综合实践报告
第一章、系统的组成及工作原理
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。

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~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
波形发生器已经越来越广泛的运用到我门的日常生活、航空航天、医疗技术地理气象检测等等科学领域。

随着科技的进步和社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的要求。

为了能够更好的掌握在书本所学到的相关知识，以备以后在工作中运用所需，们今天设计的正是多种波形发生器。

图1—2 正弦波发生电路
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R 1调节方波的幅值，R 2、R 3调节方波的频率，R 4调节三角波
的峰峰值R 5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R 6、R 7、R 8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。

、方波—三角波转换电路如图所示。

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U 01在t 0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u 0呈线性下降，当u 0下降到滞回比较器的阈值电压-U T 时即t 1时刻,滞回比较器的输出的电压U 01从+Uz 跃变到-Uz （为第二暂态）。

此后，积分电路进行正向积分，u 0
呈线性上升，
当u0上升到滞回比较器的阈值电压+U T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
、三角波—正弦波转换电路如图所示。

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
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，电路图如图所示。

图
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
、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
)1()12(1
)64(1
t Uo t t Uz C R R Uo +-+-
=
其中R6=,可令电容C=1uf ，根据所求结果可令R4、R5均为1K Ω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~20KHz 。

1)64(2
321C R R R R T f +≈= 可求得R2=50K Ω，R3=1Ω。

、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100K Ω的电位器，而R7=R8=1K Ω，电容C 的大小为1uf 。

第四章、实验分析
、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。

、性能测试及分析
、方波三角波
方波
测试结果要求误差峰峰值（V）4V
频率~11KHz ~20KHz
三角波
测试结果要求误差峰峰值(V) 2V
频率~11KHz ~20KHz
、正弦波
测试结果要求误差峰峰值（V） 4
频率~11KHz ~20KHz
误差分析：
1、参数设计有点问题并不完美；
2 、测量仪器本身有问题导致所测数据不能满足要求；
3 、焊接电路时焊点处有电阻被忽略，连接的线路也有电阻；
4 、调试时间过长电路温度升高，使得一些元件的电阻发生变化；
第六章、结论与心得
结论：本实验还可以用555芯片来产生方波，其电路结构比现在所用的更简单。

通过这次课程设计，学会了如何设计电路，熟练了电路焊接方法以及掌握调试方法与测试参数，同时还提高了我们的动手能力和测试技术能力。

在设计过程中也遇到一些困难，比如一些元件实验室中没有，只能用其他元件代替，有的元件的参数稍有偏差，导致许多参数达不到要求。

电位器R3在调整方波—三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。

心得：
1 在学习中要学会合理利用身边的资源来帮助自己学习提升。

感谢我以前的老同学、我现在的同事们。

当然还有以老师们为主导的耐心讲解和辅导！
2 多天的努力结果并不是想象的那么完美，整个过程也是如我所料的一波三折。

在设计初始阶段，少不了查阅大量的相关文献资料，请教不少身边的老师同学，才敲定了此次设计的最基本原理及模拟电子图的绘制。

在接下来的电子元件的选型也少不了大量复杂专业的计算。

焊接是一个技术活，耐心和细心是最基本的要求。

应为平时动手机会不多，对焊接技术掌握不熟练，导致几次降电子元件损坏，不得不重新来过。

最后通过反复的调试，结果虽说差强人意但心理还是有一点小小的成就感，必定这是自己通过努力，一步一个脚印走过来的结果。

相信自己今后还会更加努力，做出更好的作品。

参考文献:
1、童诗白华成英 .模拟电子技术基础. 高等教育出版社
2、物理与电子信息学院 . 基础电路实验指导书.
3、谢自美 .电子线路设计.
4．毕满清编 .电子技术实验与课程设计. 机械工业大学出版社
5. 李万臣主编．模拟电子技术基础与课程设计.哈尔滨工程大学出版社
6..电子线路设计应用手册.张友汉主编，福建科学技术出版社（2000）
7. .电子技术基础实验研究与设计.陈兆仁主编，电子工业出版社
附录
1、总原理图
2、芯片管脚图
3、元件清单
元件名称型号参数数量
电位器 3
50KΩ 1
100KΩ 2 电阻1KΩ 2
电容1uf 2
芯片LM324 2
二极管IN4007 4
稳压管BZV55-C6稳压值=2V 4
万能版中号 2
导线若干
姓名：余竹
2016年4月16日。