模擬電子技術(shù) 課件 38 波形發(fā)生器設(shè)計(jì)

模擬電子技術(shù)梁長(zhǎng)垠教授綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)與測(cè)試—波形發(fā)生器梁長(zhǎng)垠教授任務(wù)描述與要求01脈沖波電路設(shè)計(jì)02鋸齒波電路設(shè)計(jì)03一次諧波電路設(shè)計(jì)04三次諧波電路設(shè)計(jì)05一、任務(wù)描述與要求1.任務(wù)描述該任務(wù)來自于2013年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽綜合測(cè)評(píng)項(xiàng)目，要求使用555芯片和一片通用四運(yùn)放324芯片，設(shè)計(jì)制作一個(gè)頻率可變的同時(shí)輸出脈沖波、鋸齒波、正弦波1、正弦波2的波形產(chǎn)生電路。2.任務(wù)要求按照給定電子元器件，設(shè)計(jì)制作出能同時(shí)四通道輸出，并且每通道輸出脈沖波、鋸齒波、正弦波1、正弦波2中的一種波形，每通道輸出的負(fù)載電阻均為600歐姆。四種波形頻率關(guān)系為1：1：1：3（3次諧波）；脈沖波、鋸齒波、正弦波1輸出的頻率范圍為8kHz~10kHz,輸出電壓幅度峰峰值為1V；正弦波2輸出的頻率范圍為24kHz~30kHz,輸出電壓幅度峰峰值為9V。同時(shí)要求輸出波形無明顯失真，頻率誤差不大于10%；通帶內(nèi)輸出電壓幅度峰峰值誤差不大于5%，脈沖占空比可調(diào)整。特殊說明：電源只能用10V單電源，由穩(wěn)壓電源供給。任務(wù)描述與要求01脈沖波電路設(shè)計(jì)02鋸齒波電路設(shè)計(jì)03一次諧波電路設(shè)計(jì)04三次諧波電路設(shè)計(jì)05二、脈沖波電路設(shè)計(jì)1.電路設(shè)計(jì)利用NE555產(chǎn)生8kHz~10kHz脈沖波形，要求占空比為50%。NE555是8時(shí)基集成電路，屬于模擬數(shù)字混合型器件，NE555由兩個(gè)電壓比較器、一個(gè)RS觸發(fā)器、一個(gè)RS鎖存器、一個(gè)輸出緩沖器和一個(gè)模擬控制電路組成。它能夠在單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)和多諧振蕩器等多種工作模式下工作。其中單穩(wěn)態(tài)模式最為常用，可以用于產(chǎn)生短脈沖和延時(shí)信號(hào)。由NE555構(gòu)成的占空比接近50%的脈沖信號(hào)發(fā)生器電路如圖所示。調(diào)整Rp3，輸出頻率不變，輸出占空比改變；調(diào)整Rp1，輸出頻率改變，輸出占空比也會(huì)改變；NE555芯片電源端需加上電容濾波，否則輸出波形頂部會(huì)稍微失真。二、脈沖波電路設(shè)計(jì)2.電路調(diào)試接通電路供電電源，用示波器測(cè)試NE555的3腳輸出電壓波形。為解決輸出脈搏的毛刺問題，可在電源端分別接上0.1、100μF電容，并在信號(hào)輸出與地之間接上一個(gè)小濾波電容。任務(wù)描述與要求01脈沖波電路設(shè)計(jì)02鋸齒波電路設(shè)計(jì)03一次諧波電路設(shè)計(jì)04三次諧波電路設(shè)計(jì)05三、鋸齒波電路設(shè)計(jì)1.鋸齒波產(chǎn)生原理通常情況下，對(duì)矩形脈沖進(jìn)行積分運(yùn)算就可以得到鋸齒波（對(duì)方波積分得到三角波）。2.鋸齒波產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)用10V單電源的LM324設(shè)計(jì)制作一個(gè)積分電路，將NE555輸出的方波變換為三角波（特殊的鋸齒波）。采用反相積分器進(jìn)行積分，只需調(diào)整555輸出的占空比就可以得到不同的鋸齒波，而當(dāng)輸入脈沖占空比為50%時(shí)，輸出就是標(biāo)準(zhǔn)的三角波。受運(yùn)放的失調(diào)電壓影響，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)把積分電容盡量取小，把積分電阻盡量取大（1MΩ以內(nèi)。三、鋸齒波電路設(shè)計(jì)3.鋸齒波電路工作原理因單電源供電，所以在同相端加入直流偏置電壓，C6為濾波電容；C3為隔直電容，使電路不受前級(jí)直流工作點(diǎn)影響，同時(shí)使同相的直流偏置跟隨到輸出端；使用兩個(gè)積分電容是為了方便參數(shù)調(diào)整；調(diào)整Rp4，輸出幅值改變。任務(wù)描述與要求01脈沖波電路設(shè)計(jì)02鋸齒波電路設(shè)計(jì)03一次諧波電路設(shè)計(jì)04三次諧波電路設(shè)計(jì)05四、一次諧波電路設(shè)計(jì)1.正弦波產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)按照任務(wù)要求，首先利用LM324（單電源10V供電）設(shè)計(jì)制作一個(gè)將NE555產(chǎn)生的8kHz~10kHz方波脈沖，變換成同頻率的三角波輸出。將方波脈沖直接變換成同頻率的正弦波，或把方波脈沖先變換成三角波，再把三角波變換成同頻率的正弦波輸出。電路設(shè)計(jì)：（1）直接將三角波進(jìn)行兩次積分，得到同頻率的正弦波（2）采用二階壓控低通濾波器將三角波變換成同頻率的正弦波。2.正弦波產(chǎn)生電路原理（1）二階積分電路，得到同頻率的正弦波積分電路具有低通特性，二階積分電路的截至頻率為

四、一次諧波電路設(shè)計(jì)2.正弦波產(chǎn)生電路原理（2）二階壓控低通濾波器電路，得到同頻率的正弦波

該電路將第一階的RC的電容不直接接地，而是接在運(yùn)放的輸出端，通過引入反饋以改善截止頻率附近的幅頻特性。因電路引入正反饋后使電壓放大倍數(shù)在一定程度上受輸出電壓控制，且輸出電壓近似為恒壓源，所以該電路也稱壓控電壓源二階低通濾波器。特征頻率為任務(wù)描述與要求01脈沖波電路設(shè)計(jì)02鋸齒波電路設(shè)計(jì)03一次諧波電路設(shè)計(jì)04三次諧波電路設(shè)計(jì)05五、三次諧波電路設(shè)計(jì)1.三次諧波產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)按照任務(wù)要求，首先利用LM324（單電源10V供電）設(shè)計(jì)制作一個(gè)將NE555產(chǎn)生的8kHz~10kHz方波脈沖，變換成同頻率的三角波輸出。將方波脈沖直接變換成三倍頻率的正弦波，或把方波脈沖先變換成三角波，再把三角波變換成三倍頻率的正弦波輸出。2.正弦波產(chǎn)生電路原理本設(shè)計(jì)使用兩級(jí)壓控帶通串上二階無源低通的結(jié)構(gòu)。五