多波形函數(shù)發(fā)生器論文

1、 . . . 多波形函數(shù)發(fā)生器完成人：學(xué)梅（電子1101）；娜（電子1101）摘要：多波形信號發(fā)生器是工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品開發(fā)、科學(xué)研究等領(lǐng)域必備的工具，它產(chǎn)生的鋸齒波和正弦波、矩形波、三角波是常用的基本測試信號。它根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，其電路中使用的器件可以是分離器件，也可以是集成器件，產(chǎn)生方波、正弦波、三角波的方案有多種，如先產(chǎn)生正弦波，根據(jù)周期性的非正弦波與正弦波所呈的某種確定的函數(shù)關(guān)系，再通過整形電路將正弦波轉(zhuǎn)化為方波，經(jīng)過積分電路后將其變?yōu)槿遣?。也可以先產(chǎn)生三角波-方波，再將三角波或方波轉(zhuǎn)化為正弦波。本設(shè)計主要是通過運算放大器，積分器來實現(xiàn)方波轉(zhuǎn)換成三角波，再將

2、三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。設(shè)計時主要通過Multisim軟件來實現(xiàn)仿真。關(guān)鍵字：三角波、方波、正弦波、基線控制、頻率幅度調(diào)節(jié)、功率放大1、 總體設(shè)計（1）電路組成與功能描述系統(tǒng)組成框圖如下：系統(tǒng)的功能是實現(xiàn)方波、三角波、正弦波的輸出，并且可通過電路實現(xiàn)對基線的調(diào)節(jié)，且電路可實現(xiàn)功率放大功能。（2） 總體設(shè)計方案 系統(tǒng)首先通過555定時器電路產(chǎn)生脈沖，通過OP07組成的運放電路對信號進行放大后輸出穩(wěn)定的方波，方波頻率幅度可通過滑變調(diào)節(jié)；前一模塊產(chǎn)生的方波經(jīng)過積分運算電路整為三角波，頻率幅度可調(diào)；2、電路設(shè)計（1）方波發(fā)生模塊電路設(shè)計方波產(chǎn)生模塊電路設(shè)計如下： 本電路采用由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器來

3、產(chǎn)生方波,再經(jīng)過OP07組成的運放電路對信號進行放大后輸出穩(wěn)定的方波，R16，R15和C是外接定時元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳） 和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到滑動變阻器和C1的連接處，將放電端（7腳）接到R15，R16的連接處,產(chǎn)生的方波信號經(jīng)輸出端(3腳)送入運放,經(jīng)過反饋放大產(chǎn)生穩(wěn)定的方波信號.接入電路的滑動變阻器起調(diào)頻作用.由于接通電源瞬間，電容C來不與充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā) 端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時，電源經(jīng)R15，R16以與滑動變阻器的一部分對電容C1充電，使 電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc

4、上升到（2/3）Vcc時，輸出uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把uc從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時間電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關(guān) 。（2）555定時器電路的工作原理555電路的部電路方框圖如圖1所示。它含有兩個電壓比較器，一個基本RS觸發(fā)器，一個放電開關(guān)管T，比較器的參考電壓由三只 5K的電阻器構(gòu)成的分壓器提供。它們分別使高電平比較器A1 的同相輸入端和低電平比較器A2的反相輸入端的參考電平為 和 。A1與A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號自6腳，即高電平觸發(fā)輸入并超過參考電平 時，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸

5、出低電平，同時放電開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自2腳輸入并低于 時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電開關(guān)管截止。是復(fù)位端（4腳），當(dāng) 0，555輸出低電平。平時 端開路或接VCC 。2.555定時器電路的電路組成圖1是555 定時器的電路結(jié)構(gòu)圖，它由五個部分組成:（1）比較器：電壓比較器A1和A2是兩個結(jié)構(gòu)完全一樣的理想運算放大器。比較器有兩個輸入端，分別用U+和U-表示相應(yīng)輸入端上所加的電壓，用uc表示比較器的比較結(jié)果。當(dāng)U+>U-時,uc=1; 而U+<U-時，uc0。（2）分壓器：三個阻值均為5k 的電阻串聯(lián)起來構(gòu)成分壓器，為比較器A1和A2提供參考電壓。 工作中不用C

6、O 端時，一般都通過一個0.01F的電容接地，以旁路高頻干擾。（3）基本RS 觸發(fā)器：由兩個與非門組成， 是可從外部進行置0 的直接復(fù)位端。當(dāng)R= 0 時，使Q=0；當(dāng)S=1時，Q=1。（4）晶體管開關(guān)（放電管）:晶體管T構(gòu)成開關(guān)，其狀態(tài)受端控制。當(dāng)Q 1 時，晶體管截止; 而當(dāng)Q 0時，晶體管導(dǎo)通。(a) (b)圖1 555定時器部框圖與引腳排列VC是控制電壓端（5腳），平時輸出 作為比較器A1 的參考電平，當(dāng)5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個0.01f的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為

7、放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電通路。555定時器主要是與電阻、電容構(gòu)成充放電電路，并由兩個比較器來檢測電容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)管的通斷。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時電路，可方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生或波形變換電路。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管T的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 ，C2 的反相輸入端的電壓為。若觸發(fā)輸入端 TL 的電壓小于，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，

8、使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 ，同時 TL 端的電壓大于，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。3.555定時器電路的引腳功能1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。 8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的圍是4.5 16V，CMOS型時基電路VCC的圍為3 18V。一般用5V。 3腳：輸出端Vo 2腳：低觸發(fā)端TL 6腳：高觸發(fā)端TH 4腳：是直接清零端。當(dāng)端接低電平，則時基電路不工作，此時不論、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可

9、改變部兩個比較器的基準電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。 7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。4.555定時器電路的功能表（2）三角波發(fā)生模塊電路設(shè)計 三角波模塊發(fā)生電路設(shè)計如下： 該部分電路采用RC積分電路實現(xiàn)方波到三角波的轉(zhuǎn)換,利用電容的充放電將由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生的矩形波轉(zhuǎn)換成三角波再經(jīng)過運放的反相放大輸出較穩(wěn)定的三角波.因為RC積分電路是一種應(yīng)用比較廣泛的模擬信號運算電路,所以采用此電路完成三角波的實現(xiàn).（3） 幅度調(diào)節(jié)模塊電路設(shè)計 此部分電路采用反相比例運算放大器來實現(xiàn)幅度調(diào)節(jié)這一功能.通過滑動變阻器R31將

10、運放的輸出與輸入連接起來,這樣就構(gòu)成了反相比例運算放大電路,設(shè)輸出電壓為Uo,輸入電壓為Ui，則有 Uo=-(R31/R20)Ui測量過程中若改變滑動變阻器R31的阻值，則Uo的值也會相應(yīng)變化，這樣就實現(xiàn)了幅度調(diào)節(jié)。（4） 正弦波模塊發(fā)生電路設(shè)計LM324是四運放集成電路，它采用14管腳雙列直插塑料（瓷）封裝，它的部包含四組形式完全一樣的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位一樣。LM124/LM224/LM324的引腳排列見圖2。LM324引腳圖如下：（5） 基線控制模塊電路設(shè)計電路設(shè)計如下： 這部分電路里用運放構(gòu)成加法器實現(xiàn)基線調(diào)節(jié)功能。設(shè)運放輸出電壓為Uo1,輸入電壓為Ui1,滑動變阻器上的分壓為U，則根據(jù)加法器工作原理可知： Uo2=U(R26/R25)+Ui1(R26/R25)U為直流電壓，Ui1為交流電壓，所以幅值由Ui1決定，而當(dāng)改變滑動變阻器的阻值時，U也會相應(yīng)改變，這樣就實現(xiàn)了基線控制這