河南理工大学信号产生与变换电路的设计。
摘要：根据课程设计要求使用一片555芯片和一片lm324芯片设计一个频率可变的波形发生器，依次产生方波、三角波、基波正弦波和三次正弦波并进行方案设计，同时搭建出实物电路使其符合实验要求。
1、设计思路与整体框图。
根据题目要求，本次设计的基本完成思路是：
第一阶段：电路方案设计。根据老师对设计电路与波形实现的讲解和要求以及查找资料，完成整体电路的设计，确定电路参数。
第二阶段：电路**验证。使用**软件，根据设计好的电路图分模块连接好电路进行**、调试、测试，使得**结果达到设计的要求，并通过**进一步完善电路设计，记录**结果。
第三阶段：实物电路搭建。根据**完善后的设计电路购买所需元器件，在面包板上连接电路图，然后在实验室进行调试，以便达到和**相同的效果并且符合课程设计的要求。
电路整体思路框图如下：
2、硬件电路设计。
2.1 方波发生电路的设计与计算。
我们想到的设计方案的思路是首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，即利用555与外围元件构成多谐振荡器，来产生方波。并且此时我们我们通过加入滑动变阻器来通过改变两个滑动变阻器的阻值来改变波形的频率和方波的占空比。
图1 方波发生电路图。
用555定时器组成的多谐振荡器如图。接通电源后，电容被充电，当上升到时，电路输出端为低电平，同时中的三极管导通，此时电容放电，下降。当下降到时，电路输出端翻转为高电平。
电容器放电所需的时间为：
为和变阻器的滑片下部电阻之和）
当放电结束时，截止，向电容器充电，将由上升到所需时间为。
为和变阻器的滑片上部电阻之和）
当上升到时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出就得到一个周期性的矩形波。
振荡频率为
2.2 三角波发生电路的设计与计算。
方波经过积分电路，经放大电路放大得到三角波。若积分常数远大于方波信号周期，则三角波线性较好，输出幅值也较小。若积分时间常数较小，则三角波线性就较差，但输出幅度较大。
节的输出增长速度取决于增益，越大，则增长越快，为输出电压的斜率。积分环节将其输入的方波电压变为按此斜率变化。
图2 三角波发生电路图。
2.3 基波正弦波产生电路的设计与计算。
得到三角波以后，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，经过放大器后即可得到我们想要幅值的波形，从而得到正弦波，因为我们要滤出的是10khz的正弦波，根据实验电路中的数据，我们可以用公式来算出我们所要滤出的正弦波的频率，由于图中r9=r10，c6=c7, 所以在计算式仅用r1和c2就可以了，如图中所示，带入r9和c6的值后，算得频率，这与我们所设计的正弦波为10khz是吻合的，符合我们设计的标准和要求。
得到正弦波的电路见图3所示。
图3基波正弦波产生电路。
2.4 3次正弦波产生电路的设计与计算。
同基波分量的正弦波得到一样，我们也通过滤波的方式来得到正弦波三次谐波分量，我们用从lm324放大器后输出的锯齿波来作为相应的输入，经过相应的滤波器来得到三次谐波的正弦分量，我们通过lc与rc电路的组合使用来将其中的三次谐波滤出来，再利用如下图4的电路模块。
图4 3次正弦波产生电路。
3、电路**结果分析。
对于上图所示的波形中，方波是由555定时器组成的多谐振荡器所产生的，它的输出电压的幅值为1v，频率为10khz，符合设计的要求。产生了方波之后，方波经过了一个由二极管，电阻，电容，以及324运放等组成的积分电路产生了幅值为1v，频率仍为10khz的三角波，符合设计要求，然后从555输出的信号经过一个电压比较器后输出方波，方波经过低通rc滤波器产生了幅值为1v,频率还是为10khz的正弦波，同样符合要求。最后通过一个由lc和rc组成的滤波电路产生了幅值为6v,频率为29.
2khz的三次谐波，基本符合设计的要求。
4、电路实验结果分析。
分析：lm324运放的作用是作为电压比较器来使用的，使得输出的信号更加接近于占空比为50%的脉冲波，其工作原理为：因为接入该lm324运放负极输入端的波形是一个幅值为10v的接近锯齿波形状的波形，因为锯齿波在上升阶段是成一条斜线，而我们从lm324运放正极输入端输入的是一个幅值为5v的直流电平，所以对于从负极输入的10v锯齿波来说，在它上升阶段的前半段即上升阶段二分之一处之前的电压幅值是低于5v的，此时正好正极电压大于负极电压，从而通过lm324运放后即可将波形电压输出，输出的波形即是脉冲波的高电平，而在锯齿波上升的后半段，即后二分之一部分锯齿波幅值大于5v，所以此时正极电压小于负极电压，从而反映在输出波形即是低电平，因为输出的高低电平各为二分之一，所以通过这个比较器后的波形即是占空比接近50%的脉冲波，而且通过我们实际观察输出波形其也是接近占空比为50%的脉冲波，只不过其由于一定失真原因不是特别完美的脉冲波，因为我们在比较器输出后市接近占空比为50%的脉冲波，所以这样通过后面的rc滤波器后即可以得到想要的含有基波成分的正弦波。
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