方波_三角波_正弦波_鋸齒波發(fā)生器

1、1 電電 子子 工工 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 報(bào)報(bào) 告告 1 目 錄 設(shè)計(jì)要求 1前言.1 2 方波、三角波、正弦波發(fā)生器方案.2 2.1 原理框圖 .2 3各組成部分的工作原理.3 3.1 方波發(fā)生電路的工作原理.3 3.2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理.4 3.3 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 .5 3.4 方波鋸齒波轉(zhuǎn)換電路的工作原理.6 3.5 總電路圖 .7 1 方波三角波正弦波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 摘 要 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器廣泛地應(yīng)用于各場(chǎng)所。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用范圍：通信、廣 播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波。除供通信、儀 表和自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試用外，還廣泛用于

2、其他非電測(cè)量領(lǐng)域，而我設(shè)計(jì)的正是多種波 形發(fā)生器。設(shè)計(jì)了多種波形發(fā)生器，該發(fā)生器通過(guò)將滯回電壓比較器的輸出信號(hào)通過(guò) RC 電路反饋到輸入端，即可組成矩形波信號(hào)發(fā)生器。然后經(jīng)過(guò)積分電路產(chǎn)生三角波， 三角波通過(guò)低通濾波電路來(lái)實(shí)現(xiàn)正弦波的輸出。其優(yōu)點(diǎn)是制作成本低，電路簡(jiǎn)單，使 用方便，頻率和幅值可調(diào)，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。 函數(shù)（波形）信號(hào)發(fā)生器。能產(chǎn)生某些特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形（正弦波、方 波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號(hào)，頻率范圍可從幾個(gè)微赫到幾十兆赫函數(shù)信號(hào) 發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途 而因此電子專業(yè)的學(xué)生，對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，仿真，制作已成為最基本的 一種技能，也是

3、一個(gè)很好的鍛煉機(jī)會(huì)，是一種綜合能力的鍛煉，它涉及基本的電路原 理知識(shí)，仿真軟件的使用，以及電路的搭建，既考驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，又鍛練動(dòng)手能 力。 關(guān)鍵詞：振蕩電路；電壓比較器；積分電路；低通濾波電路 設(shè)計(jì)要求 1設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試方波、三角波、正弦波發(fā)生器。 2輸出波形：方波、三角波、正弦波；鋸齒波 3頻率范圍 ：在 0.0220KHz 范圍內(nèi)且連續(xù)可調(diào) ； 1前言 在人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的過(guò)程中，經(jīng)常需要對(duì)各種各樣的電子信號(hào)進(jìn)行測(cè)量， 因而如何根據(jù)被測(cè)量電子信號(hào)的不同特征和測(cè)量要求，靈活、快速的選用不同特征的 信號(hào)源成了現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)值得深入研究的課題。信號(hào)源主要給被測(cè)電路提供所需要的 2 已知

4、信號(hào)(各種波形)，然后用其它儀表測(cè)量感興趣的參數(shù)?？梢?jiàn)信號(hào)源在各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)用 和實(shí)驗(yàn)測(cè)試處理中，它不是測(cè)量?jī)x器，而是根據(jù)使用者的要求，作為激勵(lì)源，仿真各 種測(cè)試信號(hào)，提供給被測(cè)電路，以滿足測(cè)量或各種實(shí)際需要。 波形發(fā)生器就是信號(hào)源的一種，能夠給被測(cè)電路提供所需要的波形。傳統(tǒng)的波形 發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，由分立元件或模擬集成電路構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不 能根據(jù)實(shí)際需要靈活擴(kuò)展。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，通過(guò)巧妙的軟 件設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)易的硬件電路，產(chǎn)生數(shù)字式的正弦波、方波、三角波、鋸齒等幅值可調(diào)的 信號(hào)。與現(xiàn)有各類型波形發(fā)生器比較而言，產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)干擾小，輸出穩(wěn)定，可靠 性高，特別是操作

5、簡(jiǎn)單方便。 2方波、三角波、正弦波發(fā)生器方案方波、三角波、正弦波發(fā)生器方案 2.1 原理框圖 電壓比較器 RC 充放電反饋回路 方波 占空比可調(diào)積分電路 鋸齒波 積分電路 三角波 低頻濾波 正弦波 比例放大電路，得到需要幅值；峰 峰值的信號(hào)波 矩形波 圖 1 方波、三角波、正弦波、鋸齒波信號(hào)發(fā)生器的原理框圖 該發(fā)生器通過(guò)將滯回電壓比較器的輸出信號(hào)通過(guò) RC 電路反饋到輸入端，即可組成矩形波信號(hào) 發(fā)生器。然后經(jīng)過(guò)積分電路產(chǎn)生三角波，通過(guò)改變方波的占空比不僅可以得到鋸齒波，還可得到額 3 外的矩形波。三角波通過(guò)低通濾波電路來(lái)實(shí)現(xiàn)正弦波的輸出。然后將各種信號(hào)通過(guò)比例放大電路得 到需要幅值；峰峰值的信

6、號(hào)波 該電路具有結(jié)構(gòu)、思路簡(jiǎn)單，運(yùn)行時(shí)性能穩(wěn)定且能較好的符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)原器件 要求不高，且成本低廉、調(diào)整方便， 3各組成部分的工作原理 3.1 方波發(fā)生電路的工作原理 C1 1uF R 10k R3 1k R2 1k 3 5 GND U1 OPAMP_3T_VIRTUAL R1 1k 2 D2 1N4680 D1 1N4680 GND 1 4 圖 2 方波信號(hào)發(fā)生原理 此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。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓+Uz,此時(shí)滯回電壓比較器的門(mén)限 電壓為 UTH2。輸出信號(hào)通過(guò) R 對(duì)

7、電容 C正向充電，充電波形如圖 3 箭頭所示。當(dāng)該電壓上升到 TH2時(shí)，電路的輸出電壓變?yōu)閁Z,門(mén)限電壓也隨之變?yōu)?UTH1，電容 C1 經(jīng)電阻 R 放電。當(dāng)該電壓 下降到TH時(shí)輸出電壓又回到+Uz，電容又開(kāi)始正相充電。上述過(guò)程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振 蕩。 充放電波形 4 圖圖方波信號(hào)發(fā)生波形方波信號(hào)發(fā)生波形 3.2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 .電路的組成 C1 1uF R4 1k R3 1k R2 100k GND D2 1N5231B D1 1N5231B U1 OPAMP_3T_VIRTUAL R1 510 2 1 U2 OPAMP_3T_VIRTUAL R 100k 7 3

8、R6 1k R8 10k GND 8 10 RP1 20k Key=B 50% 4 6 5 圖 4 積分電路產(chǎn)生三角波 根據(jù) RC 積分電路輸入和輸出信號(hào)波形的關(guān)系可知，當(dāng)積分電路的輸入信號(hào)為方波時(shí)，輸 出信號(hào)就是三角波，由此可得，利用方波信號(hào)發(fā)生器和積分電路就可以組成三角波信號(hào)發(fā)生器。 UTH2 UTH1 O 5 如圖 該電路的工作原理是：方波信號(hào)發(fā)生器輸出的方波輸入積分電路，在積分電路的輸出端得到三 角波信號(hào)。積分電路的輸出端除了輸出三角波信號(hào)外，還通過(guò)電阻.p1 將三角波信號(hào)反饋到 滯回電壓比較器的輸入端，將三角波信號(hào)整形變成方波信號(hào)輸出。該電路工作波形圖如圖 圖 三角波 .振蕩頻率 因

9、為，該電路振蕩信號(hào)的頻率與三角波輸出信號(hào)的幅度有關(guān)，所以要確定該電路 的振蕩頻率，必須先確定三角波信號(hào)的輸出幅度。三角波輸出信號(hào)的幅度等于滯回電 壓比較器的閾值電壓，根據(jù)疊加定理可求出滯回電壓比較器的閾值電壓為 u+=UOR1/(R1+R2)-UOR2(R1+R2)=u-=0u+=UOR1/(R1+R2)-UOR2(R1+R2)=u-=0 由此可得輸出信號(hào)的幅度為：Uom=UTH=R1Uz/R2 設(shè)積分電路的輸出電壓從+Uom 到Uom 所需要的時(shí)間為 t，根據(jù)積分電路輸出電壓 和輸入電壓的關(guān)系式可得 2Uom=uo1*t/(C*R4)2Uom=uo1*t/(C*R4) 即t=2R4*C1*U

10、om/Uz=2R1*R4*C1/R2t=2R4*C1*Uom/Uz=2R1*R4*C1/R2 因三角波信號(hào)的周期為 2t,所以三角波輸出信號(hào)的頻率為 f=R2/(4R1*R4*C1)f=R2/(4R1*R4*C1) 6 3.3 三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 圖 6 三角波產(chǎn)生正弦波原理圖 原理：采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。 圖 7正弦波 7 3.4 方波鋸齒波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 C1 1uF R3 1k GND U1 OPAMP_3T_VIRTUAL R2 510 1 U2 OPAMP_3T_VIRTUAL R5 100k R7 10k D2 1N4680 D1 1N4680

11、2 R10 20k Key=B 50% 13 R6 10k D4 1N4154 7 R12 1k Key=A 50% 6 16 D3 1N4154 8 12 R4 100k 19 15 14 圖 8鋸齒波產(chǎn)生原理圖 三角波信號(hào)的特征是波形上升和下降的斜率相同，當(dāng)波形上升和下降的斜率不同時(shí)，三角波就 轉(zhuǎn)化成鋸齒波。根據(jù)這個(gè)特征，只要將圖 4 的電路中的積分電路改成時(shí)間常數(shù)隨方波輸出極性而變 化的電路，即可組成鋸齒波信號(hào)發(fā)生器。圖中的二極管 D3 和 D4 的作用是改變積分電路的時(shí)間 常數(shù)，當(dāng)輸入為+Uz 時(shí)，D3 導(dǎo)通，D4 斷開(kāi)，積分電路的時(shí)間常數(shù)為 R(8 到 12)C；當(dāng)輸入為 Uz 時(shí)，

12、D3 斷，D4 通，積分電路的時(shí)間常數(shù)為 R(6 到)C.可得 T=t1+t2=2(R4+R5)R1C1/R2 波形圖如圖 圖鋸齒波 8 3.5 總電路圖總電路圖 C1 1uF R3 1k GND U1 OPAMP_3T_VIRTUAL 1 510 1 U2 OPAMP_3T_VIRTUAL R 100k R4 10k R6 510 R7 510 C2 2.2uF C4 4.7uF C3 2.2uF D2 1N4680 D1 1N4680 2 Rp2 20k Key=B 50% 13 R5 10k D4 1N4154 7 Rp1 1k Key=A 50% 6 16 D3 1N4154 8 12

13、 U3 OPAMP_3T_VIRTUAL R8 10k R9 2k Rp3 500k Key=C 50% 3 R2 100k 19 4 17 GND 10 Key = Space S1 11 5 14 15 圖圖總電路圖總電路圖 圖中圖中 S1 開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)各種波形切換，滑動(dòng)變阻器開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)各種波形切換，滑動(dòng)變阻器 Rp2 可實(shí)現(xiàn)不同頻率調(diào)可實(shí)現(xiàn)不同頻率調(diào) 節(jié)，調(diào)節(jié)節(jié)，調(diào)節(jié) Rp1 可實(shí)現(xiàn)方波占空比的調(diào)節(jié)，最主要的是可將三角波轉(zhuǎn)換為鋸可實(shí)現(xiàn)方波占空比的調(diào)節(jié)，最主要的是可將三角波轉(zhuǎn)換為鋸 齒波，調(diào)節(jié)齒波，調(diào)節(jié) Rp可調(diào)節(jié)輸出波形不同的幅值?？烧{(diào)節(jié)輸出波形不同的幅值。 9 5實(shí)驗(yàn)總結(jié) 為期幾天的課程

14、設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，在這幾天的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、及電路搭建過(guò)程中我感觸頗深。使我 對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過(guò)對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)試； 熟悉了常用的儀器儀表；了解了電路的連接、搭建方法；以及如何提高電路的性能等等。 通過(guò)對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，我還深刻認(rèn)識(shí)到了“理論聯(lián)系實(shí)際”的這句話的 重要性與真實(shí)性。而且通過(guò)對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)， 而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書(shū)本上的知識(shí)，明白了學(xué) 以致用的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因。他是為了教會(huì) 我們?nèi)绾芜\(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際的問(wèn)題，提高我們的動(dòng)手能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)到電 路的焊接以及調(diào)試過(guò)程中，我個(gè)人感覺(jué)調(diào)試部分是最難的，因?yàn)槟憷碚撚?jì)算的值在實(shí) 際當(dāng)中并不一定是最佳參數(shù)，我們必須通過(guò)觀察效果來(lái)改變參數(shù)的數(shù)值以期達(dá)到最好。 而參數(shù)的調(diào)試是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的積累過(guò)程，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)是不可能在短時(shí)間內(nèi)將其完成的，而 這個(gè)可能也是老師要求我們加以提高的一個(gè)重要方面吧！ 其次，這次課程設(shè)計(jì)提高了我的團(tuán)隊(duì)合作水平，使我們配合更加默契，體會(huì)了在 接好電路后測(cè)試出波形的那種喜悅，體會(huì)到