三角波发生器设计-课程设计.docVIP

吉林大学 三角波发生器设计 课程设计 第一章 绪 论 1.1关于信号发生器 信号发生器在电子技术应用领域里的用途非常广泛，例如：测量，控制，通信和广播电视系统中，常常需要频率可变和幅度可调的正弦波信号发生器，在数字系统和自动控制系统也常常需要方波，三角波，的非正弦波信号发生器。目前我们实验室用的较多的波形发生器主要有两种：低频正弦波发生器和通用多波形发生器，前者只能产生正弦波，调节范围不大，但是信号稳定，失真度底，主要用在对波形有很高的要求的实验中；后者能产生正弦波、方波和三角波，也有的能产生三种以上波形。up>un时工作在正饱和区，而当un>up时工作在负饱和区。从电路结构可知，当输入电压uin小于某一负值电压时，输出电压uo= -UZ；当输入电压uin大于某一电压时，uo= +UZ。运算放大器在两个饱和区翻转时up=un=0，由此可确定出翻转时的输入电压。up用uin和uo表示，有 根据翻转条件，令上式右方为零，得此时的输入电压 Uth称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图3-2所示。设输入电压初始值小于-Uth，此时uo= -UZ ；增大uin，当uin=Uth时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小uin ，当uin= -Uth时，运放则开始进入负饱和区。 如果给图3-1所示电路输入三角波电压，其幅值大于Uth ，设t = 0时，uo= -UZ ，其输出波形如图3-3所示。可见，输出为方波。 图3-3 输入为三角波时滞回电压比较器的输出波形 3.1.4 方波三角波发生器： 给图3-1所示的滞回电压比较器级联一积分器，再将积分器的输出作为比较器的输入，如图3-4所示。由于积分器可将方波变为三角波，而比较器的输入又正好为三角波，因此可定性判断出，图3-4电路的输出电压uo1为方波，uo2为三角波，如图3-5所示。下面分析其振荡周期。 图3-4 方波——三角波发生器 积分器输出电压从-Uth增加到+Uth所需的时间为振荡周期T的一半，由积分器关系式 或 注意到 ，故 振荡频率则为 图3-5 方波——三角波发生器的输出波形 三角波—方波发生器方案二 3.2.1 NE555装置的三角波-方波发生器电路图 NE555装置的三角波-方波发生器电路原理 工作原理：电路如图3-6所示。VT1、VT2和电阻R1构成恒流源，用于对电容C2实现线性充电；VT3、VT4和电阻R2构成恒流源，用于电容C2实现线性放电。 电路刚接通，C2上电压为零，555时基集成电路的②、⑥脚小于1/3Vcc,其③脚输出高电平（约10.8V），二极管VD4正偏，VD3反偏；VD1正偏，VD2反偏。VT2集电极电流流过VD1向C2充电，当C2上电压线性增长到23Vcc（即8V）时，555的⑥脚触发，使③脚输出低电平（约0V）。此时VD1、VD4反偏，而VD2、VD3正偏、电容C2上的电荷通过VT3集电极放电，当C2上电压线性下降到1/3Vcc（即4V）时，555的②脚触发，而使③复位，输出高电平，如此周而复始，在555的②、⑥脚便可得到线性度很高的三角波，而在③脚便可得到占空比为50%的方波。 该电路的频率为0~200kHz及以上的范围，且稳定度很高。电路的频率通过计算求得： f≈0.1375/(R1+R2)C2 按电路中所给的R1、R2的值，f≈208KHz。电路图中VT5为高?输出缓冲级，三角波从VT5的射极取出，幅度约为4V。 同时，本电路可以变通应用：改变R1或R2的大小，可以改变三角波上升或下降时间，相应改变方波的占空比，或者控制555的⑤脚电压，即可改变③脚方波的频率（线性变化）。 3.3三角波—方波发生器方案三 3.3.1由集成运放构成的三角波—方波发生器原理图 3.3.2 由集成运放构成的三角波—方波发生器输出波形 3.3.3由集成运放构成的三角波—方波发生器的原理 在图所示的电路中，第一级A1组成迟滞电压比较器，输出电压uo1为对称的方波信号。第二级A2组成积分器，输出电压u。为三角波信号。设稳压管的稳压值为Uz，则电压比较器输出的高电平为+Uz，低电平为－Uz，由图可得，A1同相端的电压为 由于此电压比较器的u=0，令u＋＝0，则可求得电压比较器翻转时的上、下门限电位分别为 门限宽度为 比较器输出±Uz经电位器RP分压后，加到积分器的反相输人端。设分压系数为n，则积分器输入电压为±nUz，反相积分器的输出电压为 当t=0时，有 当t=t1时，有 所以方波和三角波的周期为 方波和三角波的频率为 由以分析可知，改变Uz可改变输由电压u01,改变R1/R2的比值，可改方波、三角波的周期或频率，同时影响三角波输出电压的幅度，但不影响方波输出电压的幅度；改变而和R．C，可