多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作

1、精品文檔課題三多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作方波、 三角波、 脈沖波、鋸齒波等非正弦電振蕩信號(hào)是儀器儀表、電子測(cè)量中最常用的波形，產(chǎn)生這些波形的方法較多。 本課題要求設(shè)計(jì)的多種波形發(fā)生器是一種環(huán)形的波形發(fā)生器，方波、三角波、脈沖波、鋸齒波互相依存。電路中應(yīng)用到模擬電路中的積分電路、過零比較器、 直流電平移位電路和鋸齒波發(fā)生器等典型電路。 通過對(duì)本課題的設(shè)計(jì)與制作， 可進(jìn)一步熟悉集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用及電路的調(diào)試方法，提高對(duì)電子技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用能力。1、 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)環(huán)形的多種波形發(fā)生器，能同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波、脈沖波和鋸齒波，它們的時(shí)序關(guān)系及幅值要求如圖3-3-1所示。圖 3-3-1波形圖設(shè)

2、計(jì)要求： 四種波形的周期及時(shí)序關(guān)系滿足圖3-3-1 的要求，周期誤差不超過1% 。 四種波形的幅值要求如圖3-3-1 所示，幅值誤差不超過10% 。 只允許采用通用器件，如集成運(yùn)放，選用F741。要求完成單元電路的選擇及參數(shù)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)調(diào)試方案的選取及綜合調(diào)試。1 歡迎下載精品文檔2、 設(shè)計(jì)方案的選擇由給定的四種波形的時(shí)序關(guān)系看：方波決定三角波，三角波決定脈沖波，脈沖波決定鋸齒波，而鋸齒波又決定方波。屬于環(huán)形多種波形發(fā)生器，原理框圖可用3-3-2 表示。圖 3-3-2多種波形發(fā)生器的方框圖仔細(xì)研究時(shí)序圖可以看出，方波的電平突變發(fā)生在鋸齒波過零時(shí)刻，當(dāng)鋸齒波的正程過零時(shí)，方波由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑?/p>

3、故方波發(fā)生電路可由鋸齒波經(jīng)一個(gè)反相型過零比較器來實(shí)現(xiàn)。三角波可由方波通過積分電路來實(shí)現(xiàn)，選用一個(gè)積分電路來完成。圖中的uB 電平顯然上移了 +1V，故在積分電路之后應(yīng)接一個(gè)直流電平移位電路，才能獲得符合要求的uB 波形。脈沖波的電平突變發(fā)生在三角波uB 的過零時(shí)刻，三角波由高電平下降至零電位時(shí)，脈沖波由高電平實(shí)跳為低電平，故可用一個(gè)同相型過零比較器來實(shí)現(xiàn)。鋸齒波波形仍是脈沖波波形對(duì)時(shí)間的積分， 只不過正程和逆程積分時(shí)常數(shù)不同，可利用二極管作為開關(guān)，組成一個(gè)鋸齒波發(fā)生電路。由上，可進(jìn)一步將圖3-3-2 的方框圖進(jìn)一步具體化，如圖3-3-3 所示。圖 3-3-3多種波形發(fā)生器實(shí)際框圖器件選擇， 設(shè)

4、計(jì)要求中規(guī)定只能選用通用器件，由于波形均有正、 負(fù)電平，應(yīng)選擇由正、負(fù)電源供電的集成運(yùn)放來完成，考慮到重復(fù)頻率為100Hz(10ms), 故選用通用型運(yùn)放F741（F007）或四運(yùn)放F324 均可滿足要求。 本設(shè)計(jì)選用F741。其管腳排列及功能見附錄三之三。2 歡迎下載精品文檔3、 單元電路參數(shù)設(shè)計(jì)（ 1）方波產(chǎn)生電路反相型過零比較器選擇電路如圖3-3-4所示。圖中，A1 工作于開環(huán)， R1 為運(yùn)放輸入端保護(hù)電阻取R1=10K，R2 為穩(wěn)壓二極管的限流電阻，取值一般在（1 3）K之間，取R2=1K。因 UA幅值為5V，故輸出端接兩只穩(wěn)壓二極管使輸出高、低電平在5V 左右，查晶體管手冊(cè)，選用穩(wěn)壓

5、二極管為2CW53（ UZ=4.05.8V ）兩只。必要時(shí)可通過晶體管圖示儀進(jìn)行挑選，以滿足幅值要求。圖 3-3-4反相型過零比較器電路（ 2）三角波產(chǎn)生電路基本積分電路選擇電路如圖 3-3-5 所示，圖中與 C1 并聯(lián)的 1M 電阻主要是為了減小積分漂移，取值應(yīng)大于 R3。圖 3-3-5 積分電路由波形圖知，當(dāng)uA 為高電平5V，經(jīng)過積分電路在5ms 時(shí)間內(nèi)， u B應(yīng)下降 4V，故參數(shù)計(jì)算如下：由積分電路知：1*UA* T =U Bm, 即R C12315 0.005=4 w得 R 3C1=6.25103 sR3C1取 C=0.1uF ,則 R =62500取 R =62K，R =R=62

6、 K13343U B的波形如圖3-3-6 。3 歡迎下載精品文檔圖 3-3-6積分電路輸出波形圖（ 3）直流電平移位電路將圖 3-3-6 的 U B 波形與圖3-3-1的 UB波形比較，為了得到UB的波形，必須將U B 波形上移 3V，由直流電平移位電路來實(shí)現(xiàn)，如圖3-3-7所示。圖 3-3-7直流電平移位電路若取 R5=10K, Rp1=10K時(shí)， A3 的腳為零電平，調(diào)Rp1 活動(dòng)端使RP1 減小，電平上升。由于 C2 的隔直作用，只需將腳電平設(shè)置在+1V，與 U B 疊加。 A3 為電壓跟隨器，UB與腳波形相同。由上，取 R5=10K， RP1 為 10K電位器， C1 取 10uF。（

7、 4）脈沖波電路設(shè)計(jì)同相型過零比較器選擇電路如圖3-3-8 所示。圖中，取R6=10K， R7=1K，當(dāng) uB>0V,A4 的腳輸出高電平， D1、 D2 導(dǎo)通并鉗位，若取兩只硅二極管串取，可得uC=1.4V。若 UB<0, 腳輸出低電平接近-V cc， D1、 D2 截止，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓為-5V。取穩(wěn)壓管為2CW53、二極管為2CP10。圖 3-3-8脈沖波形成電路。4 歡迎下載精品文檔（ 5）鋸齒波發(fā)生器積分電路由上所述，由于uD 的正程和逆程斜率不同，即積分電路充、放電時(shí)常數(shù)不等。故對(duì)uC為高、低不同電平時(shí)，采用二極管隔離輸入回路。如圖3-3-9 所示。圖 3-3-9鋸齒波發(fā)生電

8、路工作原理如下：當(dāng) uC=1.4V>0 時(shí)，D3 導(dǎo)通，D4 截止，忽略二極管導(dǎo)通時(shí)的動(dòng)態(tài)電阻，積分時(shí)常數(shù)為=R8C3，形成鋸齒波的逆程。當(dāng) u =-5V<0 時(shí)， D 截止， D 導(dǎo)通。積分常數(shù)R C ，形成鋸齒波的逆程。C349 3電路參數(shù)計(jì)算：首先要算出脈沖波高電平和低電平的時(shí)間軸，由圖3-3-1 ，uB由 3V 下降至 0V 的時(shí)間為uC 高電平的半個(gè)周期。這時(shí)鋸齒波uD 由 0V 積分到 -3V ，若此時(shí)為 t1, 由相似三角形知識(shí)可以算得 t =3.75ms，同樣可以算得u 由低電平變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)間t2為 6.25ms,uC再次變?yōu)榈碗?C平時(shí)間為13.75ms, 如圖

9、 3-3-10所示。圖 3-3-10 UC 時(shí)序圖取 C3=1uF，則鋸齒波正程有：1UC （ 6.25 3.75 ）103=6 即R1652.5 103 =6R C31 109P91039由上及 R =20.83取 R =20K鋸齒波逆程：1UC（ 13.75 6.25 ） 103 =6即R8110 61.4 7.5 10 3=6R8C31得 R8=17.5 × 10 3取 R8=18K由于同時(shí)只有一個(gè)電阻導(dǎo)通，故R 10=18K（或20K），為了減小二極管死區(qū)電壓，。5 歡迎下載精品文檔D3、D4 直流壓降要小，故D3、 D4 選鍺二極管2AP10。4、 總電路圖將各單元電路串聯(lián)

10、，得到本課題的總電路圖如圖3-3-11 所示。圖 3-3-11多種波形發(fā)生器總電路圖5、 實(shí)驗(yàn)與調(diào)試（ 1）本系統(tǒng)可采取逐級(jí)安裝調(diào)試方法，待各級(jí)調(diào)試均正常后再接成閉環(huán)形式。原則上從哪一級(jí)開始安排調(diào)試均可， 但開環(huán)時(shí)必須由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器外加激勵(lì)信號(hào)。 研究這四種波形，只有選用 UA 作為外加信號(hào)，先從三角波發(fā)生電路開始最為方便。為了滿足各種波形的時(shí)序、周期、幅值要求，每一級(jí)調(diào)試的工作量均較大。（ 2）三角波發(fā)生電路的安裝與調(diào)試 按圖 3-3-5電路參數(shù)安裝無誤，接通12V 直流電源，首先對(duì)該電路調(diào)零，方法是將 uA 端接地，萬用表直流電壓接 A2 的腳到地，調(diào) RW1活動(dòng)端，看 u0 是否變化。若 u0 幅值較大，或始終為零， 或某一固定值， 應(yīng)檢查電路連接是否正確， 同相與反相輸入端是否接反等。由于 1M 電阻的并接，靜態(tài)時(shí) A2 工作在閉環(huán)（負(fù)反饋）狀態(tài)，、腳電位差應(yīng)該很小，可通過測(cè)量來檢查。若電路正常，調(diào) RW1活動(dòng)端使 u0 的絕對(duì)值