摘要：

1 设计任务要求

       设计并制作一个简易的方波-三角波-正弦波信 发生器，供电电源为 ，要求频率调节方便，并满足以下指标：
       1.输出频率在1KHZ~10KHZ范围内连续可调。
       2.方波输出电压峰峰值U_OPP=12V（误差<20%），上升、下降沿均小于10μs。
       3.三角波输出电压峰峰值U_OPP=8V（±20%）。
       4.在1KHZ-10KHZ的频率范围内，正弦波输出电压峰峰值U_OPP≥1V，无明显失真。
       5.输出方波为占空比可调的矩形波，占空比可调范围不小于30%-70%。

2 设计思路和整体设计框图

       根据实验要求，需要制作一个简易方波—三角波—正弦波的信 发生器。因此，容易想到的两种解决方案如下：
       1.先通过正弦振荡电路产生正弦波，再通过正弦波-方波变换电路得到方波，最后通过方波-三角波变换电路得到三角波，从而实现功能；
       2.先通过方波振荡电路产生方波，再通过方波-三角波变换电路产生三角波，最后通过三角波-正弦波变换电路产生正弦波，从而实现功能。
       解决方案1和2所对应的总体流程框图分别如图1和图2所示。

3 分块电路和总体电路的设计(含电路图)

3.1 矩形和三角波发生器

       根据LM318N和UA741CP的数据手册和文献资料，LM318N是一种性能好，价格低，使用可靠的高速运算放大器，适合多种情况下信 的高速放大。因此，笔者采用运算速度较快的LM318N作为矩形波发生电路的运放，而实验所提供的UA741CP运放则用于三角波发生电路。该部分的电路图如图3所示。

       该实验中，要求方波的输出电压峰峰值U_OPP=12V(误差<20%) ，三角波的输出电压峰峰值U_OPP=8V(误差<20%) ，故可以计算出：

       由于要使得集成运放两输入端的对地直流电阻箱等，运放的偏置电流才不会产生附加的失调电压，故运放输入端所接电阻要平衡，因此有

       要满足输出频率在1KHZ-10KHZ范围内连续可调，于是选用 100KΩ的可调电位器进行调频，且选择电容值C=0.01μF的电容，电阻值R₂=10kΩ。与上文相同，在运放的输入端所接电阻要平衡，故可以得到R₄=R₂=10kΩ。
       由于Multisim中的元器件库缺乏双稳压管，根据实验中方波峰峰值的要求，选择两个稳压值为6V的稳压管D1,D2代替元件2DW232进行仿真。
       此外，改变方波的占空比可以通过将RC反馈电路中的R变成一个滑动变阻器和两个二极管组成的模块，通过调节滑动变阻器使其充放电时间不同，从而改变方波的占空比。改进后的方波-三角波发生电路如图4所示。

由图5可知：
        （1）差分放大器的传输特性曲线越对称、线性区越窄越好；
        （2）输入三角波的幅度应该正好使得晶体管接近截止区。
        图6为笔者在Multisim软件上实现三角波到正弦波变换的差分电路。图中的Rp1用来调节输入三角波的幅度大小，Rp2调整电路的对称性，并联电阻R9用来减小差分放大器传输特性曲线的线性区。电容C2,C3,C4为隔直流电容，C5为滤波电容，用于滤除正弦波波峰和波谷处的毛刺，滤除谐波分量，改善输出正弦波的波形。

4 所实现的功能说明

4.1 矩形和三角波发生器

       实现了将输入的±12V直流信 转变为输出电压峰峰值U_OPP=12V（误差≤20%）的方波，上升、下降沿均小于10μs且输出的方波的占空比在30%-70%内可调节，频率在1KHZ-10KHZ内可调节，并可以输出电压峰峰值U_OPP=8V（误差≤20%）的三角波信 。
       在实验室实测的波形图如图8，图9，图10所示。

5.2 波形频率无法满足1KHZ-10KHZ范围内可调

       原因分析：根据理论分析可知，电路的震荡频率为

6.1.2 仿真波形图

6.2 正弦波发生器

6.2.1 仿真原理图

6.2.3 实测波形图

7 所用元器件及测试仪表清单

7.1 所用元器件

7.2 测试所用的仪器

8 参考文献

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