波形发生电路

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1、波形发生电路要求：设计并制作用分立元件和集成运算放大器组成的能产生方波、 三角波和正弦波的波形发生器指标：输出频率分别为：102Hz、103Hz和104Hz ;方波的输出电压峰峰值Vpp20V(1)方案的提出方案一:1、由文氏桥振荡产生一个正弦波信号。2、把文氏桥产生的正弦波通过一个过零比较器从而把正弦波转换成方波。3、把方波信号通过一个积分器。转换成三角波。万案二:由滞回 1 比较器和积分器构成方波三角波产生电路。然后通过低通滤波把三角波转换成正弦波信旦方案 三: 由 、比较器和积分器构成方波三角波产生电路。用折线法把三角波转换成正弦波。(2) 方 2 案的比较与确定方案一：文1氏桥的振荡原

2、理：正反馈RC网络与反馈支路构成桥式反馈电路。当R仁R2 C仁C2即f=fo时, F=1/3、Au=3然而，起振条件为Al略大于3。实际操作时，如果要满足振荡条件R4/R3=2时，起振很 慢。如2果R4/R3大于2时，正弦波信号顶部失真。调试困难。RC串、并联选频电路的幅频特性不对 称，且选择性较差。因此放弃方案一。Z万八二：把滞回比较器和积分比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，就构成三角波发生器和方波发生 器。比较器输出的方波经积分可得到三角波、 三角波又触发比较器自动翻转形成方波， 这样即可构 成三角波和方波发生器。通过低通滤波把三角波转换成正弦波是在三角波电压为固定频率或频率变化范围很小的

3、情况下使用。然 而，指标要求输出频率分别为102出、103Hz和104Hz。因此不满足使用低通滤波的条件。放弃方案二万案 三：方波、三角波发生器原理如同方案二。比较三角波和正弦波的波形可以发现，在正弦波从零逐渐增大到峰值的过程中，与三角波的差别越来越 大；即零附近的差别最小，峰值附近差别最大。因此，根据正弦波与三角波的差别，将三角波分成 若干段，按不同的比例衰减，就可以得到近似与正弦波的折线化波形。而且折线法不受频率范围的 限制综合以上三种方案的优缺点，最终选择方案三来完成本次课程设计。(3) 工作原理：1 、方波、三角波发生电路原理该电路由滞回比较器和积分器组成。图中滞回比较器的输出电压uO

4、1 = Uz,它的输入电压就是积 分电路 R1 uO1 R2_uO2的输出电压uO2。则U1A勺同相输入端的电位：up= ，令up=un=O,则阀值电R1 + R2 R1+ R2R1压：-Ut =Tuz ；积分电路的输入电压是滞回比较器的输出电压ug而且不是+Uz，就是-Uz,所以输出电压的表达式为：u02 U01v -tL u02(t0);设初态时uO1正好从-Uz跃变到+Uz, R8JC2 则：u02 一也巴-s，积分电路反向积分，U02随时间的增长线性下降，一旦uO2=-Ut，在稍R8C2得 UtUt，式中 Uari Uz，2R8_C2R22、正弦波发生电路原理折线法是用多段直线逼近正弦

5、波的一种方法减小，uO1将从+UZ跃变为-Uz，使式变为：口 02=9Ut，积分电路正向积分，U02随时间增R8C2 长线性增大，一旦u02=+Ut,再稍微增大，U01将从-Uz跃变为+Uz,回到初态。电路重复上述过程， 因而产生自激振荡。由上分析，u01是方波，且占空比为50%幅值为_Uz ； u02是三角波，幅值为_Ut。 取正向积分过程，正向积分的起始值-Ut，终了值+Ut，积分时间为T/2,代入血=害4，整理可得：乩R8_R1上2其基本思路是将三角波分成若干段，分别按不同比例衰减，所获得的波形就近似为正弦波。 下图画出了波形的1 /4周期，用四段折线逼近正弦波的情况。图中Ulmax为输

6、入三角波电压幅值。根据上述思路，可以采用增益自动调节的运算电路实现。利用二极管开 关和电阻构成反馈通路，随着输入电压的数值不同而改变电路的增益。在t=0 25段，输出的正弦波”用此段三角波近似(二者重合)，因此，此段放大电路的电压增益为1。由于 31=25。时，标准正弦波的值为 sin25 0.423这里 uO=uI=25/ 90Ulma0.278Ulmax， 所以，在 31=90。时，输出的正弦波”的值应为 uO=0.278/ 0.423Ulmax0.657Ulmax。在31=50。时，输入三角波的值为ul=50/ 90Ulma0556Ulmax，要求输出电压uO=0657Ulmax x s

7、in500503Uln可得在25 50。段，电路的增益应为uO ul=(0.503?0.278)/(0.556?0.278)=0.809 。在31=70。时，输入三角波的值为ul=70/ 90Ulma0778Ulmax，要求输出电压uO=0657Ulmax x sin700617Uln可得在50 70。段，电路的增益应为 uO ul=(0617?0.503)/(0.778?0.556)=0.514 。在31=90。时，输入三角波的值为ul=Ulmax，要求输出电压ug0657UImax，可得在70。90。段，电路的 增益应为 uO ul=(0657?0617)/(1?0.778)=0.180

8、下页图所示是实现上述思路的反相放大电路。图中二极管D3-D5及相应的电阻用于调节输出电压u030时的增益，二极管D6-D8及相应的电阻用于调节 输出电压u030时的增益。电路的工作原理分析如下。当输入电压ul 0.278UImax时，增益为1,要求图中所有二极管均不导通，所以反馈电阻Rf=R11。据此可以选定Rf=R1仁R6的阻值均为1kQ当31=25 50时，电压增益为0809,要求D1导通，则应满足：R13/R11 =0.809,解出R13=4236k Q。由于在3 t=25 R6 这一点，D併始导通，所以，此时二极管D1正极电位应等于二极管的阈值电压Vth。由图可得：Vth -VEE二u

9、03-VEE R14,式中口 03是31=25。时输出电压的值，即为0278Ulmax。取R13 +R14UImax=10V，Uth=07V，则有 10 0.278_二卜均 R14 (-15) =0.7 解出 Ri4=31.97kQ。电阻取标准值，4.236+ R14则R13=422k Q, R14= 316kQ。其余分析如上。需要说明,为使各二极管能够工作在开关状态, 对输入三角波的幅度有一定的要求, 如果输入三角 波的幅度 过小,输出电压的值不足以使各二极管依次导通, 电路将无法正常工作,所以上述电路采 用比列可调节的比 例运算电路(U3A模块)将输出的三角波的幅值调至-10V。(4) 元

10、件选择： 选择集成运算放大器由于方波前后沿与用作开关的器件U1A的转换速率SR有关，因此当输出方波的重复频率较高时， 集成运算放大器 A1 应选用高速运算放大器。集成运算放大器 U2B 的选择：积分运算电路的积分误差除了与积分电容的质量有关外, 主要事集成 放大器参数非理想所致。因此为了减小积分误差，应选用输入失调参数(VI0、li0、A Vi0/ T、 Ii0/ T)小，开环增益高、输入电阻高，开环带较宽的运算放大器。 反相比例运算放大器要求放大不失真。因此选择信噪比低,转换速率SR 高的运算放大器。经过芯片资料的查询，TL082双运算放大转换速率SR=14V/us符合各项指标要求。 选择稳

11、压二极管稳压二极管 Dz 的作用是限制和确定方波的幅度,因此要根据设计所要求的方波幅度来选稳压管电压Dz。为了得到对称的方波输出，通常应选用高精度的双向稳压管 电阻为 1/4W 的金属薄膜电阻,电位器为精密电位器。 电容为普通瓷片电容与电解电容。(5) 仿真与调试按如下电路图连接连接完成后仿真，仿真组图如下八330射丙iftiLAfliLB&儿刼）阳-gw*annv印.7 區 Ei幕懈 v料雅电除 ns21*9帀亍$.HHVtfl.aAONo1忻甘张昭-3TOJI*MVEMExli TTpef feSs伽-.-J 1Tt IAS*(|匚 n nXITStefi-f11,电平aI创 5SSiE土

12、标*Hm仿真完成后开始焊接电路，焊接完成后开始调试，调试组图如下:0（5）总结 该设计完全满足指标要求。第一：下限频率较高：70hz。原因分析：电位器最大阻值和相关电阻阻值的参数不精确 改进：用阻值 精密电位器和电阻。第二：正弦波在 10000HZ 时，波形已变坏。原因分析：折线法中各电阻阻值不精准 ，TL082CD 不满足参数要求。改进:采用精准电阻，用NE5532代替TL082CD。（6）心得体会“失败乃成功之母”。从始时的调试到最后完成课程设计经历了多次失败。不能半途而废，永不放弃 的 精神在自己选择的道路上坚持走下去！ 在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运 用知识的能力

13、，体会了学以致用。并且从设计中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。时，这次模拟电子课程设计也让我认识到以前所学知识的不深入，基础不够扎实，以致于这次在设计 电路 图的时候，需要重复翻阅课本的知识。我深深知道了知识连贯运用的重要性。（7）参考书目：1、童诗白、华成英，模拟电子技术基础2、吴慎山， 电子技术基础实验3、周誉昌、蒋力立，电工电子技术实验4、广东工业大学实验教学部， Multisim 电路与电子技术仿真实验8）元件清单兀件类型元件序号元件型号数量集成运放U1A U2B U3A U4BTL082CD2稳压管D1 D21N4742A2二极管D3 D4 D5 D6 D7 D81N4007r6电解电容C1100UF1瓷介电容C2100NF1电位器R8500K1R12TOOK1金属膜电阻R1 R3 R4 R5 R9 R1010K6R2100K1R72401R6 R111K1R14 R19316K2R13 R204.22K2R15 R215.11K2R16 R2214K2R17 R236492R18 R242262