方波-三角波發(fā)生器

陜西理工學院課程設計PAGE第8-頁共10頁目錄引言 -2-1方波—三角波發(fā)生器的原理 -2-方波—三角波發(fā)生的電路方框圖 -2-1.1方波發(fā)生電路論證 -2-1.2三角波發(fā)生電路論證 -4-1.3信號放大電路論證 -4-2設計 -4-2.1電路指標 -4-2.2電路選擇 -5-2.3選擇電路的總體分析 -5-3參數(shù)的選擇 -8-4設計體會 -8-5結(jié)束語 -8-致謝： -8-方波—三角波發(fā)生器的制作與設計曹大偉（陜西理工學院物理系電子信息科學與技術(shù)專業(yè)05級1班，陜西漢中723001）指導老師：宋衛(wèi)星[摘要]方波—三角波發(fā)生器電路主要有方波發(fā)生電路，積分變換電路，放大電路等部分電路組成，因能夠發(fā)生穩(wěn)定的方波和三角波被稱為方波—三角波發(fā)生器。按照設計指標有關(guān)事項，重要的是對電路發(fā)生的信號的頻率和振幅能夠進行調(diào)解，并且能夠達到所要求的范圍。[關(guān)鍵詞]運算放大器；信號放大；調(diào)試;波形產(chǎn)生Squarewave-athemanufactureandthedesignthattakesplacethemachineCaodawei(Grade03,Class2,Majorphysics，physicsDept.，ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong723000，Shaanxi)Tutor:SongweixingAbstract:Squarewave-anoccurrencemachineelectriccircuitmainlyhasanoccurrenceelectriccircuit,theintegralcalculustransformationelectriccircuit,enlargetheelectriccircuitetc.partsofelectriccircuitsconstitute,becausecantakeplacethestablesquarewaveandtrianglewavestoarecalledthesquarewave-thetrianglewavetakesplacethemachine.Accordingtotherelevantitemsofthedesignindexsign,itisimportanttoisthefrequencyofthesignalthattakesplacetotheelectriccircuitandflapcancarryontheintermediation,andcanattainthescoperequest.Keywords:theoperationenlarger;Thesignalenlarge;Adjusttotry;aformcreation引言在測試、研究或調(diào)整電子電路及設備時，為測定電路的一些電參量，如測量頻率響應、噪聲系數(shù)，為電壓表定度等，都要求提供符合所定技術(shù)條件的電信號，以模擬在實際工作中使用的待測設備的激勵信號。當要求進行系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性測量時，需使用振幅、頻率已知的信號源。當測試系統(tǒng)的瞬態(tài)特性時，又需使用脈沖寬度和重復周期已知的矩形脈沖源。并且要求信號源輸出信號的參數(shù)，如頻率、波形、輸出電壓等，能在一定范圍內(nèi)進行精確調(diào)整，有很好的穩(wěn)定性。本設計主要給出方波和三角波信號發(fā)生的原理。1方波—三角波發(fā)生器的原理方波—三角波發(fā)生的電路方框圖。產(chǎn)生方波信號放大產(chǎn)生三角波直流電源直流電源產(chǎn)生方波信號放大產(chǎn)生三角波直流電源直流電源直流可調(diào)電源方波輸出端三角波輸出端圖1方波—三角波發(fā)生器電路原理方框圖1.1方波發(fā)生電路論證方案一：采用555定時發(fā)生器完成方波的發(fā)生。方案二：采用單片機進行編程合成所需要的波形。方案三：采用集成運放產(chǎn)生自激振蕩得到所需的波形。方案一的優(yōu)點是比較好實現(xiàn)，但是其發(fā)生的波形不夠穩(wěn)定，不能滿足試驗的要求。方案二的優(yōu)點是信號容易控制，利于系統(tǒng)移植，但對于目前來說條件不是很成熟。方案三實現(xiàn)比較容易，得到的波形不但穩(wěn)定而且易于控制，故選擇方案三。方案三的實現(xiàn)電路如下圖2圖2方波發(fā)生電路分析電路的原理和參數(shù)可知：因為矩形波電壓只有兩種狀態(tài)，不是高電平，就是低電平，所以電壓比較器是它的重要部分，故選擇低失真低漂移的3554AM來實現(xiàn)電路。電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡，通過RC充.放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。圖圖3電壓傳輸特性圖中滯回比較器閥值電壓=*而且≈，故電壓傳輸特性如圖3所示。電容上電壓uc（即集成運放反相輸入端電位uN）和電路輸出電壓uo波形如圖4所示。矩形波的寬度Tk與周期T之比稱為占空比，方波的占空比為50％。圖4方波發(fā)生電路的波形圖利用一階RC電路的三要素法可列出方程+=（+）（1-）+（-）將式1.1代入上式可得振蕩周期T=2RCln(1+)振蕩頻率f=1/T。通過以上分析可知，調(diào)整電壓比較器的電路參數(shù),,R和電容C的數(shù)值可以改變電路的振蕩頻率。1.2三角波發(fā)生電路論證方案一：采用濾波電路將方波轉(zhuǎn)換成三角波。方案二：采用集成運放，用積分電路將放剝皮轉(zhuǎn)換成三角波。方案一與方案二相比得到的三角波不夠穩(wěn)定，有失真，故采用方案二。方案二實現(xiàn)電路如圖5圖5采用波形變換的方法的得到三角波電路1.3信號放大電路論證此部分電路比較簡單只要選擇低失真低漂移的運放則可完成任務。其實現(xiàn)電路如圖6，其中R的選擇近似等于前面電路中的輸入電阻值。圖6信號放大電路2設計2.1電路指標（1）信號的振幅要高于10V;（2）信號的頻率在2000Hz左右；（3）信號的頻率和振幅可以調(diào)解。2.2電路選擇經(jīng)以上分析可基本得到所需電路，但在實用電路中一般不采用上述波形變換的手段獲得三角波，而是將方波發(fā)生電路中的RC充.放回路用積分運算來取代，滯回比較器和積分電路的輸出互為另一個電路的輸入，如圖7所示。圖7方波—三角波發(fā)生電路2.3選擇電路的總體分析分析電路的總體聯(lián)系，在此基礎上得出電路的功能。電壓比較器在V=V=0時翻轉(zhuǎn)，從低電平跳到高電平或從高電平跳到低電平，高電平約為正電源電壓,低電平約為負電源電壓。電壓比較器的翻轉(zhuǎn)上門限電位V，下門限電壓V及門限寬度V為V=（-Vcc）V=(+Vcc)V=V—V=2Vcc圖中滯回比較器的輸出電壓為U1，它的輸入電壓是積分電路的輸出電壓U2，根據(jù)疊加原理，集成運放1同相輸入端的點位u=U+U令u=u=0，則閥值電壓=積分電路的輸入電壓是滯回比較器的輸出電壓U，所以輸出電壓U的表達式為=令U=U，故由上式可知當U＝＋U時，=當U＝－U時，=可見，積分電路輸入為方波時，它的輸出是一個上升速度與下降速度成線性相等的三角波。其輸入輸出的波形關(guān)系，如圖8所示UUUttt00圖8積分電路輸入輸出波形關(guān)系如圖7所示波形可知，積分時間為二分之一周期，將它們代入上式中，得出+=（－）式中U=U,經(jīng)整理可得出振蕩周期T=振蕩頻率f=1/T三角波的幅度為=由以上分析可知，調(diào)解電路中R,R和C的容量，可以改變振蕩頻率；而調(diào)解R可以改變?nèi)遣ǖ姆?。其中R對三角波的振幅有微調(diào)的作用，但要注意它對方波—三角波的頻率的影響。通過調(diào)節(jié)R可以實現(xiàn)頻率微調(diào)，而且不會影響輸出波形的幅度，這給調(diào)節(jié)頻率帶來了方便。但由于積分電路引入了深度電壓負反饋，所以在負載電阻相當大的變化范圍里，方波的電壓幾乎不變。信號發(fā)大部分采用LM324四運放電路，其具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點。其作為反相交流放大器同時又作為電壓比較器如下圖9所示圖9信號放大電路放大器電壓放大倍數(shù)Av僅由外接電阻R、R決定：Av=-R/R。負號表示輸出信號與輸入信號相位相反。此電路輸入電阻為R。一般情況下先取R與信號源內(nèi)阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定R。當放大電壓倍數(shù)過大，接近運放所加的電源電壓范圍時，信號會出現(xiàn)明顯失真，故其又具有電壓比較器的功能。3參數(shù)的選擇根據(jù)本設計的設計要求以及以上對電路的具體分析可以得到所要的基本參數(shù)?？梢詫⑦@些參數(shù)以及具體原件選擇標注到圖10中圖10總圖4設計體會在本次此設計過程中學到了很多東西，鍛煉了自己的實際應用能力，明白所學知識與實際設計中的差別，對以后學識知識的靈活性有了更高的認識，有助于今后各方面能力的提高。5結(jié)束語本設計基本完成了設計的要求，利用集成運放以及積分電路得到了所需要的波形，由參數(shù)的設定可以得知三角波和方波頻率能夠達到2000Hz調(diào)節(jié)范圍在800Hz~4.7KHz左右，方波的振幅在15.8~21.8V左右，三角波的振幅0~21.4V。另外可以在此次設計的基礎上在加上一個數(shù)據(jù)顯示模塊，使輸出數(shù)據(jù)可以更加直觀。致謝：感謝宋衛(wèi)星老師在我們學習過程中給予的指導和幫助。參考文獻趙家貴.電子電路設計，北京，中國計量出版社，2005童詩白.華成英模擬電子技術(shù)基礎（第三版），北京，高等教育出版社，1980楊世成.信號放大電路，北京，北京大學出版社，1995華正權(quán).信號變換電路，北京，電子工業(yè)出版社，1994謝月真,秦履多,謝涴清.信號產(chǎn)生電路北京電子工業(yè)出版社,1994王遠生.模擬電子技術(shù)北京機械工業(yè)出版社,1994周凱.EWB虛擬電子實驗—Multisim7&Ultiboard7電子電路設計與應用,北京電子工藝出版社,2005PualHorowitzandWinfileld:TheArtofElectronics,2nded,CambridgeUniversityPress,1989Squarewave-athemanufactureandthedesignthattakesplacethemachineCaodawei(Grade03,Class2,Majorphysics，physicsDept.，ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong723000，Shaanxi)Tutor:SongweixingAbstract:Squarewave-anoccurrencemachineelectriccircuitmainlyhasanoccurrenceelectriccircuit,theintegralcalculustransformationelectriccircuit,enlargetheelectriccircuitetc.partsofelectriccircuitsconstitute,becausecantakeplacethestablesquarewaveandtrianglewavestoarecalledthesquarewave-thetrianglewavetakesplacethemachine.Accordingtotherelevantitemsofthedesig