方波-三角波發(fā)生器

陜西理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)PAGE第8-頁(yè)共10頁(yè)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(hào)放大電路論證 -4-2設(shè)計(jì) -4-2.1電路指標(biāo) -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(shè)計(jì)體會(huì) -8-5結(jié)束語(yǔ) -8-致謝： -8-方波—三角波發(fā)生器的制作與設(shè)計(jì)曹大偉（陜西理工學(xué)院物理系電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)05級(jí)1班，陜西漢中723001）指導(dǎo)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(shè)計(jì)指標(biāo)有關(guān)事項(xiàng)，重要的是對(duì)電路發(fā)生的信號(hào)的頻率和振幅能夠進(jìn)行調(diào)解，并且能夠達(dá)到所要求的范圍。[關(guān)鍵詞]運(yùn)算放大器；信號(hào)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(cè)試、研究或調(diào)整電子電路及設(shè)備時(shí)，為測(cè)定電路的一些電參量，如測(cè)量頻率響應(yīng)、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(hào)，以模擬在實(shí)際工作中使用的待測(cè)設(shè)備的激勵(lì)信號(hào)。當(dāng)要求進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性測(cè)量時(shí)，需使用振幅、頻率已知的信號(hào)源。當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)的瞬態(tài)特性時(shí)，又需使用脈沖寬度和重復(fù)周期已知的矩形脈沖源。并且要求信號(hào)源輸出信號(hào)的參數(shù)，如頻率、波形、輸出電壓等，能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)整，有很好的穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)主要給出方波和三角波信號(hào)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(hào)放大產(chǎn)生三角波直流電源直流電源產(chǎn)生方波信號(hào)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(shí)發(fā)生器完成方波的發(fā)生。方案二：采用單片機(jī)進(jìn)行編程合成所需要的波形。方案三：采用集成運(yùn)放產(chǎn)生自激振蕩得到所需的波形。方案一的優(yōu)點(diǎn)是比較好實(shí)現(xiàn)，但是其發(fā)生的波形不夠穩(wěn)定，不能滿足試驗(yàn)的要求。方案二的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)容易控制，利于系統(tǒng)移植，但對(duì)于目前來(lái)說(shuō)條件不是很成熟。方案三實(shí)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(shí)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?yàn)榫匦尾妷褐挥袃煞N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(lái)實(shí)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(luò)，通過(guò)RC充.放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)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(yùn)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(guò)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(yùn)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(shí)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(hào)放大電路論證此部分電路比較簡(jiǎn)單只要選擇低失真低漂移的運(yùn)放則可完成任務(wù)。其實(shí)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(hào)放大電路2設(shè)計(jì)2.1電路指標(biāo)（1）信號(hào)的振幅要高于10V;（2）信號(hào)的頻率在2000Hz左右；（3）信號(hào)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(shí)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(yùn)算來(lái)取代，滯回比較器和積分電路的輸出互為另一個(gè)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(chǔ)上得出電路的功能。電壓比較器在V=V=0時(shí)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(fù)電源電壓。電壓比較器的翻轉(zhuǎn)上門(mén)限電位V，下門(mén)限電壓V及門(mén)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(yùn)放1同相輸入端的點(diǎn)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(dá)式為=令U=U，故由上式可知當(dāng)U＝＋U時(shí)，=當(dāng)U＝－U時(shí)，=可見(jiàn)，積分電路輸入為方波時(shí)，它的輸出是一個(gè)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(shí)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怠Ｆ渲蠷對(duì)三角波的振幅有微調(diào)的作用，但要注意它對(duì)方波—三角波的頻率的影響。通過(guò)調(diào)節(jié)R可以實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)，而且不會(huì)影響輸出波形的幅度，這給調(diào)節(jié)頻率帶來(lái)了方便。但由于積分電路引入了深度電壓負(fù)反饋，所以在負(fù)載電阻相當(dāng)大的變化范圍里，方波的電壓幾乎不變。信號(hào)發(fā)大部分采用LM324四運(yùn)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(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。其作為反相交流放大器同時(shí)又作為電壓比較器如下圖9所示圖9信號(hào)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(fù)號(hào)表示輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相反。此電路輸入電阻為R。一般情況下先取R與信號(hào)源內(nèi)阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定R。當(dāng)放大電壓倍數(shù)過(guò)大，接近運(yùn)放所加的電源電壓范圍時(shí)，信號(hào)會(huì)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(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求以及以上對(duì)電路的具體分析可以得到所要的基本參數(shù)。可以將這些參數(shù)以及具體原件選擇標(biāo)注到圖10中圖10總圖4設(shè)計(jì)體會(huì)在本次此設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)到了很多東西，鍛煉了自己的實(shí)際應(yīng)用能力，明白所學(xué)知識(shí)與實(shí)際設(shè)計(jì)中的差別，對(duì)以后學(xué)識(shí)知識(shí)的靈活性有了更高的認(rèn)識(shí)，有助于今后各方面能力的提高。5結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)基本完成了設(shè)計(jì)的要求，利用集成運(yùn)放以及積分電路得到了所需要的波形，由參數(shù)的設(shè)定可以得知三角波和方波頻率能夠達(dá)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(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上在加上一個(gè)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(xué)習(xí)過(guò)程中給予的指導(dǎo)和幫助。參考文獻(xiàn)趙家貴.電子電路設(shè)計(jì)，北京，中國(guó)計(jì)量出版社，2005童詩(shī)白.華成英模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版），北京，高等教育出版社，1980楊世成.信號(hào)放大電路，北京，北京大學(xué)出版社，1995華正權(quán).信號(hào)變換電路，北京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