方波-三角波产生电路课程设计

武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书

方波-三角波产生电路

一、技术指标

方波-三角波产生电路，要求方波和三角波的重复频率为500Hz，方波脉冲幅度为6-6.5V，三角波为1.5-2V，振幅基本稳定，振荡波形对称，无明显非线性失真。

二、设计方案及其比较

采用电压比较器和积分器同时产生方波和三角波。其中电压比较器产生方波，对其输出波形进行一次积分产生三角波，该电路的优点是十分明显的： 1、线性良好，稳定性好；

2、频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便的连续的改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；

3、三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。 因此本实验采用同相迟滞电压比较器和积分器同时产生方波和三角波的方案。

2.1.1方波产生电路：

方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。利用施密特触发器，再增加少量电阻、电容原件，由于方波或矩形波的频率成分非常丰富，含有大量的谐波，该方波发生器常称为多谐振荡器，如图1所示，Ｒ和Ｃ组成的积分负反馈电路。

图一：基本方波产生电路

图二：双向限幅的方波产生电路 方波产生工作波形：

该发生器具有负反馈和正反馈，其中电路的正反馈系数为： FR21R2 ........① 有关参数计算：

周期：F2RCLn(12RR2)

频率： f 幅值： UR1/R1R2UZ

2.1.2三角波发生器

矩形波经过积分就变成三角波。它是在迟滞比较器的基础上,增加了一个由R C组成的积分电路,把输出电压经过R C反馈到比较器的反相端.在比较器的输出端引入限流电阻R和两个背靠背的双向稳压管就组成了双向限幅房波发生电路.由于比较器中的运放处于正反馈状态,因此一般情况下,输出电压V0与输入电压V1不成线性关系,只有在输出电压V0发生跳变瞬间,集成运放两个输入电压才可近似等于零即Vid=0或Vp=Vn=V1是输出电压V0转换的临界条件。即Vid=0或Vp=Vn=V1是输出电压V0转换的临界条件。

三角波发生器工作波形：

2.2方案一

图三：三角波发生电路1 有关参数计算：

周期： F2RCLn(12R1R2) 频率： f

幅值： U0Vz

2.3方案二

图四：三角波产生电路2

有关参数计算：

周期： T4R1R4C/R2 频率： f 幅值： UtUZR1/R2

2.4方案比较

根据原理两个方案的原理图可知，两种方案均能够达到实验要求。具体区别是方案一采

用RC振荡和部分正反馈使电路持续不断的产生方波以及三角波，二方案二整个电路采用积分电路而替代了RC使之能够产生方波以及三角波。这种方法在实际中比较可行。在此基础上在两个运放的输出端加上发光二级管和限流电阻，使得在电路的调试，排查错误的过程更加方便。

三、实现方案

图五：实现方案使用的电路

3.1元件清单： 电阻 ： R1 3.3k R2 10K R3 1k R4 5.1k R5 3k RV1 10k

集成模块： LM324 2个 电容： 47 uf 1个 稳压管： 2个 导线： 若干

面包板： 1个

关于LM324：

LM324器件为带有真差动输入的四运算放大器每一个封装四个放大器，该放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，低输入偏置电流，最大100纳安。具有内部补偿的功能。

图六：LM324引脚图

3.2原理及工作工作过程

原理：

运算放大器可以和两个电阻构成同向输入施密特触发器，由此可产生稳定的方波，运算放大器可以喝RC构成积分电路，二者形成闭合的回路，即可构成方波-三角波发生器。

因为矩形波电压只有两种状态，不是高电平就是低电平，所以电压比较器是它的重要部分，选择LM324来实现电路，并在反向输出端加上平衡电阻，抑制温度漂移。电路由正相输出的滞回比较器和RC组成，RC回路既作为延迟回路，又作为反馈环节，通过RC的充放电实现电路的自动转换。而在实现电路中是将RC充放电路用积分电路替代。滞回比较器的输出以及积分电路的输出互为另一个电路的输入。 工作工程：

电压比较器在VV_0是翻转，从低电平跳到高电平，或者从高电平跳到低电平。高电平是Uz，低电平是Uz，由于三角波的输入是比较器的输出，所以，比较器的阈值可得三角波的输出为： VoR2

Uz ........①

由于Vo上升到幅值需要的时间为T/4，所以有积分器的原理可得三角波的幅值为：

T/4UzUzT

dt V0 ........② 0Rv4RVC

可得三角波的周期：

4R1RVC

T ........③

R2

有关参数计算：

Uo1Uz UtUZR1/R2

T4R1R4C/R2

各元件作用： R4与R5：平衡电阻

C1与RV1：决定积分时间常数。

R1与R2：R1与R2的比值决定运算放大器的触发翻转电平，决定三角波的输出幅度。 D1与D2：双向稳压管，限制和稳定方波的幅度。

四、调试过程及结论

4.1.1安装方波-三角波电路

（1）把两块LM324集成块插入面包板中。 （2）分别把各电阻放入适当位置。

（3）按图接线，注意运放的4端和11端要接电源，以及接地线的布置。

4.1.2调试方波-三角波电路

（1）接通电源后，用示波器进行观察。

（2）观察示波器，出现正确波形后，调节Rv1使之达到要求的周期。 注意事项：

把两部分的电路接好，进行整体测试和观察。

针对和阶段出现的问题，逐个排查校检，使其满足实验要求。使其产生方波和三角波。 由于电压比较器与积分器组成正反馈闭环电路，同时输出方波和三角波，故这两个单元电路可以同时安装。需要注意的是，安装电位器之前要将其调整到设计值，否则，电路可能不起振。如果电路接线正确，则在接通电源后，比较器的输出为方波，积分器的输出为三角波，使方波的输出幅度满足设计指标要求，则输出频率可调。

按设计图安装好电路，稳压电源输出的+12V接到集成运放324的7脚，-12V接到集成运放324的4脚。

4.2 结论

经过调试后，会出现完整的波形图。经过分析知道,方波的波形开始时有少量失真,随着电路的逐渐稳定,失真基本上消除。并且方波输出的幅值为6V,基本上符合设计要求.

三角波的波形只有少量失真,幅值可达到要求的1.5-2v，而周期可以通过电位器的调节使之达到要求的0.02s.可认为符合要求。

而所有信号产生的频率都与方波和三角波产生模块所设置的频率一致。 可认为此次设计符合均要求。

图七：方波波形

图八：三角波波形

五、心得体会

这个学期学习了很多有关模电的课程，包括模电，模电实验，电子线路辅助设计以及

关于模电的课程设计。足以见得模电的重要性。在对于理论知识的学习中，对于我还是有些难度的，但是通过模电实验以及protues软件的学习，加强了对理论知识的应用，得出一些结论，有助于记忆。这次课程设计选择了方波-三角发生器，是比较简单的。因为模电课本上有示例电路以及对应的原理讲解，在理解方面比较容易。但是设计出不同的电路还是有一些难度的，由于课本上的实例在某些方面限制了创新，所以我设计的两个不同的电路在一定程度上是有些雷同的。

在面包上连线的时候是自己亲手连的，最开始的时候对面包板的特性还不够深入了解，连错了电路，还有因为设计布局不够合理，也重新练了一次。特别是在连接导线的时候，要先侧脸好导线的长度，然后用剪刀剪短的时候要多留出一截，再将绝缘层剥开的时候留出的脚要足够长可以固定好导线。以免碰撞弹出面包板，造成接触不良。必须使连线在集成电路周围通过，不允许跨接在集成电路上，也不得使导线互相重叠在一起，尽量做到横平竖直，这样有利于查线，更换元器件及连线。 因此在连接之前要先做好布局，使电路电路尽量看起来简单明了，也便于检查电路。在开始接通电源验证的时候，由于示波器不是很好使用，过程中要有耐心。

最后在完成报告的时候运用的protues进行电路的绘图，熟悉了软件，让所学的只是得到了应用。用函数编辑器编辑了函数，这是以前没有机会用到的，学习了Word的新功能。

附录：

实现电路布线图：

武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书

图九：测试电路布线图

六、参考文献

[1] 吴友宇.模拟电子技术基础.北京：清华大学出版社，2009.5

IBSN 978-7-302-18702-8

[2]周新明.工程实践与训练教程.武汉：武汉理工大学出版社，2009.8 ISBN 978-7-5629-3039-6

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武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书

方波-三角波产生电路

一、技术指标

方波-三角波产生电路，要求方波和三角波的重复频率为500Hz，方波脉冲幅度为6-6.5V，三角波为1.5-2V，振幅基本稳定，振荡波形对称，无明显非线性失真。

二、设计方案及其比较

采用电压比较器和积分器同时产生方波和三角波。其中电压比较器产生方波，对其输出波形进行一次积分产生三角波，该电路的优点是十分明显的： 1、线性良好，稳定性好；

2、频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便的连续的改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；

3、三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。 因此本实验采用同相迟滞电压比较器和积分器同时产生方波和三角波的方案。

2.1.1方波产生电路：

方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。利用施密特触发器，再增加少量电阻、电容原件，由于方波或矩形波的频率成分非常丰富，含有大量的谐波，该方波发生器常称为多谐振荡器，如图1所示，Ｒ和Ｃ组成的积分负反馈电路。

图一：基本方波产生电路

图二：双向限幅的方波产生电路 方波产生工作波形：

该发生器具有负反馈和正反馈，其中电路的正反馈系数为： FR21R2 ........① 有关参数计算：

周期：F2RCLn(12RR2)

频率： f 幅值： UR1/R1R2UZ

2.1.2三角波发生器

矩形波经过积分就变成三角波。它是在迟滞比较器的基础上,增加了一个由R C组成的积分电路,把输出电压经过R C反馈到比较器的反相端.在比较器的输出端引入限流电阻R和两个背靠背的双向稳压管就组成了双向限幅房波发生电路.由于比较器中的运放处于正反馈状态,因此一般情况下,输出电压V0与输入电压V1不成线性关系,只有在输出电压V0发生跳变瞬间,集成运放两个输入电压才可近似等于零即Vid=0或Vp=Vn=V1是输出电压V0转换的临界条件。即Vid=0或Vp=Vn=V1是输出电压V0转换的临界条件。

三角波发生器工作波形：

2.2方案一

图三：三角波发生电路1 有关参数计算：

周期： F2RCLn(12R1R2) 频率： f

幅值： U0Vz

2.3方案二

图四：三角波产生电路2

有关参数计算：

周期： T4R1R4C/R2 频率： f 幅值： UtUZR1/R2

2.4方案比较

根据原理两个方案的原理图可知，两种方案均能够达到实验要求。具体区别是方案一采

用RC振荡和部分正反馈使电路持续不断的产生方波以及三角波，二方案二整个电路采用积分电路而替代了RC使之能够产生方波以及三角波。这种方法在实际中比较可行。在此基础上在两个运放的输出端加上发光二级管和限流电阻，使得在电路的调试，排查错误的过程更加方便。

三、实现方案

图五：实现方案使用的电路

3.1元件清单： 电阻 ： R1 3.3k R2 10K R3 1k R4 5.1k R5 3k RV1 10k

集成模块： LM324 2个 电容： 47 uf 1个 稳压管： 2个 导线： 若干

面包板： 1个

关于LM324：

LM324器件为带有真差动输入的四运算放大器每一个封装四个放大器，该放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，低输入偏置电流，最大100纳安。具有内部补偿的功能。

图六：LM324引脚图

3.2原理及工作工作过程

原理：

运算放大器可以和两个电阻构成同向输入施密特触发器，由此可产生稳定的方波，运算放大器可以喝RC构成积分电路，二者形成闭合的回路，即可构成方波-三角波发生器。

因为矩形波电压只有两种状态，不是高电平就是低电平，所以电压比较器是它的重要部分，选择LM324来实现电路，并在反向输出端加上平衡电阻，抑制温度漂移。电路由正相输出的滞回比较器和RC组成，RC回路既作为延迟回路，又作为反馈环节，通过RC的充放电实现电路的自动转换。而在实现电路中是将RC充放电路用积分电路替代。滞回比较器的输出以及积分电路的输出互为另一个电路的输入。 工作工程：

电压比较器在VV_0是翻转，从低电平跳到高电平，或者从高电平跳到低电平。高电平是Uz，低电平是Uz，由于三角波的输入是比较器的输出，所以，比较器的阈值可得三角波的输出为： VoR2

Uz ........①

由于Vo上升到幅值需要的时间为T/4，所以有积分器的原理可得三角波的幅值为：

T/4UzUzT

dt V0 ........② 0Rv4RVC

可得三角波的周期：

4R1RVC

T ........③

R2

有关参数计算：

Uo1Uz UtUZR1/R2

T4R1R4C/R2

各元件作用： R4与R5：平衡电阻

C1与RV1：决定积分时间常数。

R1与R2：R1与R2的比值决定运算放大器的触发翻转电平，决定三角波的输出幅度。 D1与D2：双向稳压管，限制和稳定方波的幅度。

四、调试过程及结论

4.1.1安装方波-三角波电路

（1）把两块LM324集成块插入面包板中。 （2）分别把各电阻放入适当位置。

（3）按图接线，注意运放的4端和11端要接电源，以及接地线的布置。

4.1.2调试方波-三角波电路

（1）接通电源后，用示波器进行观察。

（2）观察示波器，出现正确波形后，调节Rv1使之达到要求的周期。 注意事项：

把两部分的电路接好，进行整体测试和观察。

针对和阶段出现的问题，逐个排查校检，使其满足实验要求。使其产生方波和三角波。 由于电压比较器与积分器组成正反馈闭环电路，同时输出方波和三角波，故这两个单元电路可以同时安装。需要注意的是，安装电位器之前要将其调整到设计值，否则，电路可能不起振。如果电路接线正确，则在接通电源后，比较器的输出为方波，积分器的输出为三角波，使方波的输出幅度满足设计指标要求，则输出频率可调。

按设计图安装好电路，稳压电源输出的+12V接到集成运放324的7脚，-12V接到集成运放324的4脚。

4.2 结论

经过调试后，会出现完整的波形图。经过分析知道,方波的波形开始时有少量失真,随着电路的逐渐稳定,失真基本上消除。并且方波输出的幅值为6V,基本上符合设计要求.

三角波的波形只有少量失真,幅值可达到要求的1.5-2v，而周期可以通过电位器的调节使之达到要求的0.02s.可认为符合要求。

而所有信号产生的频率都与方波和三角波产生模块所设置的频率一致。 可认为此次设计符合均要求。

图七：方波波形

图八：三角波波形

五、心得体会

这个学期学习了很多有关模电的课程，包括模电，模电实验，电子线路辅助设计以及

关于模电的课程设计。足以见得模电的重要性。在对于理论知识的学习中，对于我还是有些难度的，但是通过模电实验以及protues软件的学习，加强了对理论知识的应用，得出一些结论，有助于记忆。这次课程设计选择了方波-三角发生器，是比较简单的。因为模电课本上有示例电路以及对应的原理讲解，在理解方面比较容易。但是设计出不同的电路还是有一些难度的，由于课本上的实例在某些方面限制了创新，所以我设计的两个不同的电路在一定程度上是有些雷同的。

在面包上连线的时候是自己亲手连的，最开始的时候对面包板的特性还不够深入了解，连错了电路，还有因为设计布局不够合理，也重新练了一次。特别是在连接导线的时候，要先侧脸好导线的长度，然后用剪刀剪短的时候要多留出一截，再将绝缘层剥开的时候留出的脚要足够长可以固定好导线。以免碰撞弹出面包板，造成接触不良。必须使连线在集成电路周围通过，不允许跨接在集成电路上，也不得使导线互相重叠在一起，尽量做到横平竖直，这样有利于查线，更换元器件及连线。 因此在连接之前要先做好布局，使电路电路尽量看起来简单明了，也便于检查电路。在开始接通电源验证的时候，由于示波器不是很好使用，过程中要有耐心。

最后在完成报告的时候运用的protues进行电路的绘图，熟悉了软件，让所学的只是得到了应用。用函数编辑器编辑了函数，这是以前没有机会用到的，学习了Word的新功能。

附录：

实现电路布线图：

武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书

图九：测试电路布线图

六、参考文献

[1] 吴友宇.模拟电子技术基础.北京：清华大学出版社，2009.5

IBSN 978-7-302-18702-8

[2]周新明.工程实践与训练教程.武汉：武汉理工大学出版社，2009.8 ISBN 978-7-5629-3039-6

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