幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學學 電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文） 題目：題目：幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器 院（系）：院（系）： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學學 號：號： 學生姓名：學生姓名： 指導教師：指導教師： 教師職稱：教師職稱： 起止時間：起止時間： 目目 錄錄 第第 1 章章 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計方案論證幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計方案論證.1 1.11.1 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器的應用意義幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器的應用意義.1 1.21.2 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計的要求及技術(shù)指標幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計的要求及技術(shù)

2、指標.1 1.31.3 設(shè)計方案論證設(shè)計方案論證.1 1.41.4 總體設(shè)計方案框圖及分析總體設(shè)計方案框圖及分析.2 第第 2 章章 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器各單元電路設(shè)計幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器各單元電路設(shè)計.3 2.12.1 遲滯比較器電路設(shè)計遲滯比較器電路設(shè)計.3 2.22.2 積分器電路設(shè)計積分器電路設(shè)計.4 2.32.3 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計.5 第第 3 章章 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器整體電路設(shè)計幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器整體電路設(shè)計.6 3.13.1 整體電路圖及工作原理整體電路圖及工作原理.6 3.23.2 電路參數(shù)計算電路參數(shù)計算.8 3.33.3 整機電路

3、性能分析整機電路性能分析.9 第第 4 章章 設(shè)計總結(jié)設(shè)計總結(jié).9 參考文獻參考文獻.9 第第 1 1 章章 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計方案論證幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計方案論證 1.11.1 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器的應用意義幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器的應用意義 在我們?nèi)粘Ｉ钪?，以及一些科學研究中，鋸齒波是常用的基本測試信號。在無線 電通信，測量，自動化控制等技術(shù)領(lǐng)域廣泛地應用著各種類型的信號發(fā)生器此外，如在 示波器、電視機等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運動，以利用熒光屏顯示圖像，常 用到鋸齒波產(chǎn)生器作為時基電路。例如，要在示波器熒光屏上不失真地觀察到被測信號 波形，要求在水平偏轉(zhuǎn)板加

4、上隨時間作線性變化的電壓鋸齒波電壓，使電子束沿水 平方向勻速搜索熒光屏。而電視機中顯像管熒光屏上的光點，是靠磁場變化進行偏轉(zhuǎn)的， 所以需要要用鋸齒波電流來控制。因此鋸齒波發(fā)生器是我們在學習，科學研究等方面不 可缺少的工具。 1.21.2 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計的要求及技術(shù)指標幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計的要求及技術(shù)指標 設(shè)計要求： 1 .分析設(shè)計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環(huán)境 等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。 2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成 本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源

5、，敲定可行方案。 3 .設(shè)計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計。 4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出 的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。 功能要求： 輸出的波形工作頻率范圍 0.02hz1khz 連續(xù)可調(diào)； 方波幅值10v。 波峰峰值 20v；各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)。 1.31.3 設(shè)計方案論證設(shè)計方案論證 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器電路可由集成運放構(gòu)成，也可以由集成函數(shù)發(fā)生器 8038 構(gòu)成，還可以由 555 定時芯片構(gòu)成的自舉電路產(chǎn)生。本次設(shè)計采用的是集成運放構(gòu)成的 電路。 1.41.4 總體設(shè)計方案框圖及分析總體

6、設(shè)計方案框圖及分析 一、鋸齒波發(fā)生器 鋸齒波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器 遲滯比較器遲滯比較器rcrc 充放電電路充放電電路 如圖所示，主要由遲滯比較器和 rc 充放電電路組成。比較器屬于信號處理的一種， 主要用于比較輸入信號的電平，并將比較的結(jié)果輸出。其特點是：當輸入增大及減小時， 兩種情況下的門限電壓不相等，傳輸特性呈現(xiàn)出“滯回”曲線的形狀。 二.直流穩(wěn)壓電源 常用電子儀器或設(shè)備（如示波器、電視機等）所需要的直流電源，均屬于單相小功 率直流電源（功率在 1000w 以下） 。它的任務(wù)是將 220v、50hz 的交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn) 定的直流電壓（例如幾伏或幾十伏） ，同時能提供一定的直流電流（比如幾

7、安甚至幾十安） 。單相小功率直流電源一般由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，如圖所 示。 其工作過程一般為：首先由電源變壓器將 220v 的交流電壓變換為所需要的交流電壓 值；然后利用二極管單向?qū)щ娦詫⒔涣麟妷赫鳛閱蜗蛎}動的直流電壓；再通過電容或 電感等儲能元件組成的濾波電路減小其脈動成分，從而得到比較平滑的直流電壓經(jīng)過整 流、濾波后得到的直流電壓易受電網(wǎng)波動及負載變化的影響（一般有10%左右的波動）， 必須加穩(wěn)壓電路，可利用負反饋等措施維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。 第第 2 2 章章 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器各單元電路設(shè)計幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器各單元電路設(shè)計 2.12.1 遲滯比較

8、器電路設(shè)計遲滯比較器電路設(shè)計 圖 a_01 單門限電壓比較器雖然有電路簡單、靈敏度高等特點，但其抗干擾能力差。例如， 在單門限電壓比較器的圖 a_01 中，當vi中含有噪聲或干擾電壓時，其輸入和輸出電壓波 形如圖 a_01 所示，由于在vi=vth=vref附近出現(xiàn)干擾，vo將時而為voh，時而為vol，導致 比較器輸出不穩(wěn)定。如果用這個輸出電壓vo去控制電機，將出現(xiàn)頻繁的起?，F(xiàn)象，這種 情況是不允許的。提高抗干擾能力的一種方案是采用遲滯比較器。 圖 a_02a 遲滯比較器是一個具有遲滯回環(huán)特性的比較器。圖 a_02a 所示為反相輸入遲滯比較 器原理電路，它是在反相輸入單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上

9、引入了正反饋網(wǎng)絡(luò)，其傳輸特 性如圖 a_02b 所示。如將vi與vref位置互換，就可組成同相輸入遲滯比較器。由于正反 饋作用，這種比較器的門限電壓是隨輸出電壓 vo 的變化而改變的。它的靈敏度低一些， 但抗干擾能力卻大大提高了 圖 a_02b 反相輸入遲滯比較器 2.22.2 積分器電路設(shè)計積分器電路設(shè)計 積分電路時一種應用比較廣泛的模擬信號運算電路，它是組成模擬計算機的基本單 元，可以實現(xiàn)對微分方程的模擬。同時，積分電路也是控制和測量系統(tǒng)中常用的重要單 元，利用其充放電過程可以實現(xiàn)延時、定時以及各種波形的產(chǎn)生。 圖 b 積分電路 電路組成如圖 b，根據(jù)理想運放工作在線型區(qū)時“虛短”和“虛斷

10、”的特點可知：電 路的輸出電壓 uo與電容兩端的電壓 uc成正比，而電路的輸入電壓 ui與流過電容的電流 ic成正比，即 uo與 ui之間成為積分運算關(guān)系。 由于集成運放的反相輸入端“虛地” ，故可見輸出電壓與電容兩端電壓成正 co uu 比。又由于“虛斷” ，運方反相輸入端的電流為零，則，故即輸入電壓 c ii riiru ci 1 與流過電容的電流成正比。由以上幾個表達式可得： dtu 1 dti c 1 uu icco rc 由此可知，當輸入電壓為矩形波時，通過積分換算，輸出電壓即可轉(zhuǎn)變?yōu)槿遣ā?2.3 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計 圖 c 圖 c 為串聯(lián)反饋是穩(wěn)壓電路的一般結(jié)構(gòu)圖，圖中 v1

11、是整流濾波電路的輸出電壓， t1、t2為調(diào)整管，a 為比較放大電路，vref為基準電壓，它由穩(wěn)壓管 dz與限流電阻 r 串聯(lián) 所構(gòu)成的簡單穩(wěn)壓點電路獲得，r3、r4、rw與組成反饋網(wǎng)絡(luò)，是用來反映輸出電壓變化的 取樣環(huán)節(jié)。 這種穩(wěn)壓電路的主回路是起調(diào)整作用的 bjt t 與負載串聯(lián)，輸出電壓的變化量由反 饋網(wǎng)絡(luò)取樣經(jīng)放大電路(a)放大后去控制調(diào)整管 t 的 c-e 極間的電壓降，從而達到穩(wěn)定輸 出電壓 v0的目的。穩(wěn)壓原理可簡述如下：當輸入電壓 vi增加（或負載電流 i0減?。r， 導致輸出電壓 v0增加，隨之反饋電壓 vf=r2v0/(r1+r2)=fvv0也增加（fv為反饋系數(shù)） 。vf與

12、基準電壓 vref相比較，其差值電壓經(jīng)比較放大電路放大后使 vb和 ic減小，調(diào)整管 t 的 c-e 極間電壓 vce增大，使 v0下降，從而維持 v0基本恒定。 同理，當輸入電壓 vi減?。ɑ蜇撦d電流 i0增加）時，亦將使輸出電壓基本保持不變。 從反饋放大電路的角度來看，這種電路屬于電壓串聯(lián)負反饋電路。調(diào)整管 t 連接成 電壓跟隨器。因而可得 vb=av(vref-fvv0)v0 或 v0=vrefav/(1+avfv) 式中 av是比較放大電路的電壓增益，使考慮了所帶負載的影響，與開環(huán)增益 avo 不 同。在深度負反饋條件下，1+avfv1 時，可得 v0vref/fv=vref（1+r1

13、/r2） 上式表明，輸出電壓 v0與基準電壓 vref近似成正比，與反饋系數(shù) fv成反比。當 vref 及 fv已定時，v0也就確定了，因此它是設(shè)計穩(wěn)壓電路的基本關(guān)系式。 值得注意的是，調(diào)整管 t 的調(diào)整作用是依靠 vf和 vref之間的偏差來實現(xiàn)的，必須有偏差 才能調(diào)整。如果 v0絕對不變，調(diào)整管 vce的也絕對穩(wěn)定，那么電路也就不能起調(diào)整作用 了。所以 v0不可能達到絕對穩(wěn)定，只能是基本穩(wěn)定。因此，圖 2.1.1 所使得系統(tǒng)是一個 閉環(huán)有差調(diào)整系統(tǒng)。 由以上分析可知，當反饋越深時，調(diào)整作用越強，輸出電壓 v0也越穩(wěn)定，電路的穩(wěn) 壓系數(shù)和輸出電阻 r0也越小。 第第 3 3 章章 幅度頻率可

14、調(diào)鋸齒波發(fā)生器整體電路設(shè)計幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器整體電路設(shè)計 3.13.1 整體電路圖及工作原理整體電路圖及工作原理 1電路組成 圖 d 圖 d 所示為一個鋸齒波發(fā)生電路。圖中集成運放 a1組成遲滯比較器；二極管 vd1、vd2和電位器 rw，使積分電路的充放電回路分開，故 a2組成充放電時間常數(shù)不等的 積分電路。調(diào)節(jié)電位器 rw滑動端的位置，使 rw1遠小于 rw2，則電容放電的時間常數(shù)將比 充電的時間常數(shù)小得多，于是放電過程很快，而充電過程很慢，即可得鋸齒波。遲滯比 較器輸出的矩形波加在積分電路的反相輸入端，而積分電路輸出的鋸齒波又接到遲滯比 較器的同相輸入端，控制遲滯比較器輸出端的狀態(tài)

15、發(fā)生跳變，從而在 a2的輸出端得到周 期性的鋸齒波。 2. 整體電路 2.工作原理 假設(shè)初始時刻滯回比較器輸出端為高電平，而且假設(shè)積分電容上的初始電壓為零。 由于 a1同相輸入端的電壓 u+同時與 uo1和 uo有關(guān)，根據(jù)疊加原理，可得： （1） o 21 2 1o 21 1 u rr r u rr r u 則此時 u+也為高電平。但當時，積分電路的輸出電壓 uo將隨著時間往負方向線 z1o uu 性增長，u+隨之減小，當減小至時，滯回比較器的輸出端將發(fā)生跳變，使0 uu ，同時 u+將跳變?yōu)橐粋€負值。以后，積分電路的輸出電壓將隨著時間往正方向 z1o uu 線性增長，u+也隨之增大，當增大至

16、時，滯回比較器的輸出端再次發(fā)生跳變，0 uu 使,同時 u+也跳變?yōu)橐粋€正值。然后重復以上過程，于是可得滯回比較器的輸 z1o uu 出電壓為矩形波，而由于積分電路的充放電時間不等，故積分電路輸出電壓 uo 為鋸 1o u 齒波。如圖 e 所示： 圖 e 鋸齒波發(fā)生電路的波形圖 由上圖可知，當發(fā)生跳變時，鋸齒波輸出 uo達到最大值 uom，而發(fā)生跳變的 1o u 1o u 條件是： ，將條件，代入（1）式，可得：0 uu z1o uu0 u （2） mo 21 2 z 21 1 u rr r u- rr r 0 ）（ 由此可解得鋸齒波輸出的幅度為： （3） z 2 1 om u r r u 要

17、使得幅度可調(diào)，由（3）式可知，改變參數(shù)即可，所以實際電路中采用滑動 1 r 1 r 變阻器；調(diào)節(jié)滑動變阻器即可改變鋸齒波的輸出幅度。從而滿足設(shè)計要求。 3.23.2 電路參數(shù)計算電路參數(shù)計算 門限電壓的估算 vp1=v1-rw2（vi-vo1）/（rw2+r5） 考慮到電路翻轉(zhuǎn)時，有 vn1vp1=0，即得 v1=vth=-vo1（rw2/r5） 由于 vo1=vz，由上式，可分別求出上、下門限電壓和門限寬度為 vt+=vzr1/r5 vt-=-vzrw2/r5和vt=vt+-vt-=2vzrw2/r5 3.33.3 整機電路性能分析整機電路性能分析 本次所設(shè)計的幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器可實現(xiàn)輸出的波形工作頻率范圍 0.02hz1khz 連續(xù)可調(diào)；方波幅值10v；波峰峰值 20v；各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)。 基本達到設(shè)計要求。 第第 4 4 章章 設(shè)計總結(jié)設(shè)計總結(jié) 通過這次課程設(shè)計，我不僅把知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時在查找資料的 過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，認識了將來的發(fā)展方向，使自己的專業(yè)知 識方面和動手能力方面有了質(zhì)的飛躍。 通過這次親手設(shè)計幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器我又一次復習了一學期