波形发生器课程设计.docxVIP

.Z .Z 设计题目：波形发生电路 设计任务和要求： 要求：设计并用分立元件和集成运算放大器制作能产生方波和三角波波形的波形 发生器。 2 3 基本指标： 输出频率分别为：10 HZ、10HZ ;输出电压峰峰值Vpp> 20V 整体电路设计 1） 信号发生器： 信号发生器又称信号源或振荡器。按信号波形可分为正弦信号、函数（波形） 信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。 各种波形曲线均可以用三角函数方 程式来表示，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波。通过模拟电子技 术设计的波形发生器是一个不需要外加输入信号，靠自身振荡产生信号的电路。 2） 电路设计： 整体电路由RC振荡电路，反相输入的滞回比较器和积分电路组成。 理由：a矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比 较器是它的重要组成部分； b ）产生振荡，就是要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中 必须引入反馈； c ）输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以 电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。 RC振荡电路：即作为延迟环节，又作为反馈电路，通过 RC充放电实现输出状 态的自动转换。 反相输入的滞回比较器：矩形波产生的重要组成部分。 积分电路：将方波变为三角波。 3） 整体电路框图： 为实现方波，三角波的输出，先通过RC振荡电路，反相输入的滞回比较器 得到方波，方波的输出，是三角波的输入信号。三角波进入积分电路，得出的波 形为所求的三角波。其电路的整体电路框图如图 1所示： 4）单元电路设计及元器件选择 a）方波产生电路 根据本实验的设计电路产生振荡，通过 RC电路和滞回比较器时将产生幅值 约为12V的方波，因为稳压管选择1N4742A（约12V）。电压比较电路用于比较 模拟输入电压与设定参考电压的大小关系，比较的结果决定输出是高电平还是低 电平。滞回比较器主要用来将信号与零电位进行比较，以决定输出电压。图 3为 一种滞回电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R3起限流作用，R和R构 成正反馈，运算放大器当％>Un时工作在正饱和区，而当4>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= +CZ。运算放大器在两个饱和区翻转时Up=Un = O,由此 可确定出翻转时的输入电压。Up用Uin和Uo表示，有 UPR11R2 UP R1 1 R2 Uo R2Uin R1 Ru。 R2 R2 根据翻转条件，令上式右方为零，得此时的输入电压 Uin%4所示。设输入电压初始值誑。 Uin % 4所示。设输入电压初始值 Uth称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图 小于-Uh，此时Uo= -CZ；增大Uin，当Uin=Uh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= -Uh时，运放则开始进入负饱 和区。 .z .z un UP R3 o uin R1 图3滞回电压比较器 uo I Uz 1 F i L uin -Uth 0 Uth -Uz 图4滞回电压比较器的直流传递特性 0 时，u°= - LZ，如果给图3所示电路输入三角波电压，其幅值大于Uh 0 时，u°= - LZ， 图5输入为三角波时滞回电压比较器的输出波形 t .方波一三角波发生电路 给图3所示的滞回电压比较器级联一积分电路，再将积分器的输出作为比较器 的输入，如图6所示。由于积分电路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6电路的输出电压Uol为方波，Uo2为三角波，如 图7所示。 图6 图6方波一三角波发生电路 F面分析其振荡周期。积分器输出电压从-Uh增加到+Uh所需的时间为振荡周期T 的一半，由积分器关系式Uth或Uth1RC 的一半，由积分器关系式 Uth 或 Uth 1 RC to t0 珂 Uz)dt 2U th 1 RC 4RCRi R2 振荡频率则为 1 R2 T 4RCR! 5 5）由f +怎 式,令R=25K ,为达到所要求的频率，可求得三组值: .z .z .Z .Z 图7方波一三角波发生电路的输出波形 c）元器件选择 1））通用型集成单运放LM741CN 电路所用的运放选用LM741CN,LM741C的管脚图如图所示，其特点是电压 适应范围较宽，可在土 5?土 18V范围内选用；具有很高的输入共模、差模电压， 外接电位器进行调零电压范围分别为土 15V和±30V;内含频率补偿和过载、短路保护电路；可通过 外接电位器进行调零 波形发生器用到得脚位为23467 脚位 2: INV.INPUT 脚位 3: NON-INV.INPUT 脚位4: V- 脚位 6: OUT