模电课设 方波—三角波—正弦波信号发生器

一、课程设计目的

• 掌握电子电路的分析与综合设计方法，能够理论联系实践，设计电路模型
• 掌握电子技术现代工具的使用，能熟练运用电路仿真软件对电路进行建模、仿真与调试
• 理解电子电路关键性能指标，掌握相关性能指标的测量方法，能够运用测量仪器对实际电路进行分析与调试
• 能够就电子电路工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令

二、设计内容

设计一个方波—三角波—正弦波信号发生器电路

• 正弦波输出频率为1000Hz，频偏不大于 2%
• 正弦波输出幅度大于5V，方波输出幅度不小于1V
• 要求输出波形失真小，电路工作稳定且可靠，布线美观

三、设计思路

通过集成运算放大器 LM741H 组成方波-三角波-正弦波信号发生器电路，先通过滞回比较器产生方波，方波通过积分器得到三角波，最后通过二阶有源低通滤波器滤波得到正弦波。

仿真在 Multisim14 中进行，整体电路如下：

滞回比较器和积分运算电路的输出互为另一个电路的输入，构成方波-三角波信号发生电路，分析电路可知，前者 RC 回路充电方向与后者积分电路的积分方向相反，故为了满足极性的需要，滞回比较器应为反相输入。

滞回比较器产生的方波信号，如下图所示：

输出幅度大于 1 V，波形稍微有点儿失真，但满足设计要求。

经过积分器得到三角波信号，如下图所示：

将三角波展开为傅里叶级数可知，它含有3次、5次等奇次谐波，因此通过低通滤波器取出基波、滤除高次谐波，即可将三角波转化为正弦波，此方法适用于固定频率或频率变化范围很小的情况。采用二阶有源滤波电路，当频率过高时会出现一点正弦波失真现象。但可以通过改变二阶有源滤波器的时间常数，调节滤波频率范围。

通过有源二阶低通滤波器滤波后，再电压放大，得到符合设计要求的正弦波，如下图所示：

正弦波输出幅度大于5V，频率为1001Hz，近似为1000Hz，频偏小于2%，输出波形失真小，电路工作稳定且可靠，布线美观，均满足设计要求。

作者：叶庭云
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