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1、压控三角波压控三角波- -方波发生器的设计方波发生器的设计姓名：刘伟姓名：刘伟学号：学号：20100140102010014010系别：物理系系别：物理系专业：电子信息科学与技术专业专业：电子信息科学与技术专业指导教师：赵祥敏指导教师：赵祥敏完成时间：完成时间：20112011，1111，2424压控三角波压控三角波-方波发生器的设计方波发生器的设计2目录第一章 绪论1.1 关于课程设计 (1) 1.2 关于压控三角波-方波发生器 (1) 第二章 系统方案认证 2.1 课程设计目的(1) 2.2 设计任务(1) 2.3 设计内容与要求 (1) 2.4 方案设计(1)2.4.1 压控三角波-方波
2、发生电路组成框图 (1) 第三章 原理图设计及仿真3.1 压控三角波方波发生器方案一 (1) 3.1.1 方波产生电路 (1) 3.1.2 三角波产生电路 (1) 3.1.3 滞回电压比较器 (1) 3.1.4 压控三角波-方波发生器 (1) 3.2 压控三角波方波发生器方案二(1)3.2.1 NE555 装置的三角波-方波发生器电路图 (1) 3.2.2 NE555 装置的压控三角波-方波发生器电路原理(1) 3.3 压控三角波方波发生器方案三(1) 3.3.1 由集成运放构成的压控三角波方波发生器原理图 (1) 3.3.2 由集成运放构成的压控三角波方波发生器输出波形(1) 3.3.3 由
3、集成运放构成的压控三角波方波发生器的原理 (1) 第四章 硬件电路安装调试4.1 面包板的使用方法及注意事项(1) 4.2 硬件电路安装(1) 4.2.1 滞回电压比较器直流传递特性的测定(1) 4.2.2 压控三角波-方波发生器的实现(1) 4.3 电路的调试(1) 第五章 结论(1)压控三角波压控三角波-方波发生器的设计方波发生器的设计1压控三角波压控三角波-方波发生器的设计方波发生器的设计第一章第一章 绪绪 论论1.11.1 关于课程设计关于课程设计课程设计作为集中实践性教学环节，应着重提高学生的自学能力，独立分析、解决问题的能力和动手进行实验的能力。为了培养学生自学能力，对于设计或实验
4、中可能碰到的重点、难点，只要通过典型分析和讲解，启发学生的思路和自学的方法，以便达到举一反三的作用。设计中还要交给学生查阅资料、使用工具书的方法，让他们遇到问题时，不是立刻找老师，而是通过独立思考，查阅资料和书籍，自己寻找答案。1.21.2 关于压控三角波关于压控三角波- -方波发生器方波发生器本次课程设计是要求做一压控三角波-方波发生器产生电路，众所周知,制作函数发生器的电路有很多种.本次设计采用的电路是基于运放的试验电路.由理论分析知,电压比较器可以产生方波,积分电路可以产生三角波,三角波再经过差动放大器可以产生正弦波.向电压比较器输入三角波就可以产生方波,于是可以将积分电路的输出作为电压
5、比较器的输入.各种波形频率段的调整可以由外电路的改变来实现。压控三角波压控三角波-方波发生器的设计方波发生器的设计2第二章第二章 系统方案认证系统方案认证2.12.1 课程设计目的课程设计目的（1）掌握波形发生电路的设计和调试方法； （2）掌握波形发生电路的参数的计算方法。2.22.2 设计任务设计任务设计一个压控三角波方波产生电路。指标要求如下 ：控制电压范围：12V；重复频率范围：5001000 Hz；2.32.3 设计内容与要求设计内容与要求（1） 根据设计要求和已知条件，确定电路方案，计算并选取外电路的元件参数。（2） 测量振荡电路输出方波三角波的振荡频率，使之满足设计要求。2.42.
6、4 方案设计方案设计产生方波、三角波的方案有多种，本次实验主要采用用电压比较器和积分器同时产生方波和三角波。其中电压比较器产生方波，对其输出波形进行一次积分产生三角波。压控三角波压控三角波-方波发生器的设计方波发生器的设计32.4.1 压控三角波-方波发生电路组成框图第三章第三章 原理图设计及仿真原理图设计及仿真3.13.1 压控三角波方波发生器方案一压控三角波方波发生器方案一3.1.1 方波产生电路因为方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。它由反相输入的滞回比较器和 RC 电路组成。RC 回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过 RC 充、放电实现使
7、输出状态自动地相互转换。3.1.2 三角波产生电路三角波电路波形可以通过积分电路实现，把方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到了三角波。3.1.3 滞回电压比较器图 3-1 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，R2和R1构成正反馈，运算放大器当upun时工作在正饱和区，而当unup时工作在负饱和区。从电路结构可知，当输入电压uinRC 振荡电 路方波产生三角波产 生比较电路积分电路图 2-1 压控三角波- 方波发生电路组成框图压控三角波压控三角波-方波发生器的设计方波发生器的设计4小于某一负值电压时，输出电压uo= -UZ；当输入电压uin大
8、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21o1in221o 2in 1 p1111RRuRuRRRuRuRu 根据翻转条件，令上式右方为零，得此时的输入电压thZ 21 o 21 inUURRuRRummUth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。+-+uinunupuoUZ
9、R1R2R3uouinUZ-UZUth-Uth0图 3-1 滞回电压比较器图 3-2 滞回电压比较器的直 流传递特性压控三角波压控三角波-方波发生器的设计方波发生器的设计5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。UZ-UZUth-Utht0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 压控三角波-方波发生器：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
10、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。+-+-+R1R2R3RCUZuo1uo2图 3-4 压控三角波-方波发生器压控三角波压控三角波-方波发生器的设计方波发生器的设计6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2Zthth00d)(1TtttURCUU或212ZthTURCU注意到 Z 21 thURRU ，故214 RRCRT 振荡频率则为12 41 RCRR TfUZ-UZUth-Uthtuo1uo20图 3-5 压控三角波-方波发生器的输出波形压控三角波压控三角波-方
11、波发生器的设计方波发生器的设计73.13.1 压控三角波压控三角波方波发生器方案二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3.1.2 NE555 装置的压控三角波-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、脚小于1/3Vcc,其脚输出高电平（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
12、 C2 充电，当 C2 上电压线性增长到 23Vcc（即 8V）时，555 的脚触发，使脚输出低电平（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 的脚触发，而使复位，输出高电平，如此周而复始，在 555 的、脚便可得到线性度很高的三角波，而在脚便可得到图 3-6 NE555 装置的压控三角波-方波发生器电路图压控三角波压控三角波-方波发生器的设计方波发生器的设计8占空比为 50%的方波。该电路的频率为 0200kHz 及以上的范围，且稳定度很高。电路的频率通过计算
13、求得：f0.1375/(R1+R2)C2 按电路中所给的 R1、R2 的值，f208KHz。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 的脚电压，即可改变脚方波的频率（线性变化） 。3.33.3 压控三角波压控三角波方波发生器方案三方波发生器方案三3.3.1 由集成运放构成的压控三角波方波发生器原理图图 3-7 由集成运放构成的压控三角波方波发生器原理 图压控三角波压控三角波-方波发生器的设计方波发生器的设计93.3.2 由集成运放
14、构成的压控三角波方波发生器输出波形3.3.3 由集成运放构成的压控三角波方波发生器的原理在图 3-7 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 3-7 可得，A1同相端的电压为图 3-8 由集成运放构成的压控三角波方波发生器输出波形压控三角波压控三角波-方波发生器的设计方波发生器的设计10由于此电压比较器的 u=0，令 u0，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
15、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压控三角波压控三角波-方波发生器的设计方波发生器的设计11由以分析可知，改变 Uz可改变输由电压 u01,U0 的幅度改变 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 RC，可改变频率，而不影响输出电压的幅度。第四章第四章 硬件电路安装调试硬件电路安装调试4.14.1 面包板的使用方法及注意事项面包板的使用方法及注意事项1.安装分立元件时，应便于看到其极性和标志，将元件引脚理直后，在需要的地方折弯。为了防止裸露的引线短路，必须使用带套管的导线，一般不剪断元件引脚，以便于重复使用。一般不要插入引脚直径0.8mm 的元器件，以免破坏插座内部
