波形发生器设计报告2

《电子技术》课程设计报告课题名称波形发生器学院昆明学院自机学院专业机械设计制造及自动化班级（3）班姓名李飞飞王祥武学号201114010111201104100126时间2013年7月10日1摘要本文主要介绍能产生正弦波，方波以及三角波电路的设计。函数波形发生器是能产生一种或多种波形的信号源。首先通过RC振荡器（文氏电桥振荡器）先产生正弦波，在实验的过程当中，可以在RC振荡电路中的放大器的输出端接入负反馈稳幅支路，以此保证波形不出现明显的失真。然后正弦波通过滞回比较器产生方波；方波通过一个积分器产生三角波。即将滞回比较器与一个积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，这样，经上一级输出的方波经由积分器积分可得到三角波。在三种波的基础上又做了提高，最终设计成的波形放大器能够对三种波形的幅值、频率进行无级调节，频率取值为100Hz-200Hz并且实现相位的可调功能。在确定好电路及理论计算后用仿真软件PROTUES进行仿真。关键词：函数波形发生器；RC桥式正弦波振荡电路；滞回比较器；积分器2Abstractfunctionwaveformgeneratorpurehardwaredesignusingoperationalamplifierwithdiscretecomponent.experimentalobjective:canproducesinewave,squarewaveandtriangularwaveworkingprinciple:mainlythroughwaveformtransformationformthreetypesofwaveforms.throughtheRCoscillatorwienbridgeoscillator)generatesinewave,theprocessoftheexperiment,addfeedbackstabilityofbranch,sothatdoesn'tappearobviousdistortionofwaveform.squarewavegeneratedbyanintegratortrianglewave.Thehysteresiscomparatorandanintegratorhead-tailformpositivefeedbackclosed-loopsystem,sothattheoutputofsquarewaveatthenexthigherlevelviatheintegratorintegraltrianglewavecanbeobtained.tosimulatetheimplementationschemeFinaldesignintothewaveformamplifiertothreekindsofwaveformamplitude,frequency,simpleadjustment,andtheimplementationphaseoftheadjustablefunction.Keywords:functionwaveformgenerator;RCbridgesinewaveoscillatorcircuit;Hysteresiscomparator;integrator3目录第一章RC桥式正弦振荡电路……………………………………………………………..41.1RC桥式正弦振荡电路的介绍………………………………………........................................41.1.1RC桥式正弦振荡电路的应用与原理………………………………………………………..5第二章滞回比较器...……………………………………………………...........................72．1滞回比较器…………………………………………………………………………………..7第三章方波和三角波发生器……………………………………………........................93.1方波和三角波发生器…………………………………………………………………………..93.1.1电路的实现………………………………………………………………………………….113.1.1.1电路软件仿真效果……………………………………………………………………..12参考文献………………………………………………………………………………….....13附录………………………………………………………………………………………….....14心得体会……………………………………………………………………………………154第一章RC桥式正弦振荡电路1.1RC桥式正弦振荡电路的介绍RC桥式正弦振荡电路如图1所示。其中RV3、RV4和C1、C2为串、并联选频网络，接于运算放大器的输出与同相输入端之间，构成正反馈，以产生正弦自激振荡。RV1、R1和R2组成负反馈网络，调节RV1可改变负反馈的反馈系数，从而调节放大电路的电压增益，使电压增益满足振荡的幅度条件。图1RC桥式正弦波振荡电路51.1.1RC桥式正弦振荡电路的应用与原理为了使振荡幅度稳定，通常在放大电路的负反馈回路里加入非线性元件来自动调整负反馈放大电路的增益，从而维持输出电压幅度的稳定。图中的两个二极管D1，D2便是稳幅元件。当输出电压的幅度较小时，电阻R1两端的电压低，二极管D1、D2截止，负反馈系数由RV1、R1和R2决定；当输出电压的幅度增加到一定程度时，二极管D1、D2在正负半周轮流工作，其动态电阻与R1并联，使负反馈系数加大，电压增益下降。输出电压的幅度越大，二极管的动态电阻越小，电压增益也越小，输出电压的幅度保持基本稳定。要维持电路的正当输出，那么需要满足1+Rf/R2=3其中Rf=Rv1+(R1//RD)要保证电路的起振，那么需要满足312RRf即起振的幅值条件是22RRf可令：RRRvv45；CCC21则电路的震荡频率：RCf21；则fCR21我们定义的输出频率100Hz-200Hz可调，那么带入参数，可以计算R的调节范围：10.6k=R=106k选用550k的滑动变阻器，利用公示:%100001.0550R，可以计算其调节范围：1.93%--19.27%，为方便调整，R可取：2%--19%。要求输出电压峰峰值1-5V可调，经观察和计算，RV1的调节范50%~75%。要使得波形的幅值发生改变，保持RV3和RV4的值不变，通过调节RV1的值来实现波形的幅值的变化。调节的时候，注意RV1的调节范围，改变变阻器的参数，使得RV1的增量为1，这样可方便调节，以免波形发生失真。6根据假定的的波形的频率范围，可以取两组RV1的值，以此来调节正弦波的波形的幅值，通过前后两次调节的RV1的值，观察正弦波的变化情况，并比较变化幅度。如右图2，当RV1=4K时，观察图4的正弦波的波形；如图3，当RV1=6.1K时，看图5的正弦波的波形，观察前后的波形是否失真，以此来确定由RV1，R1和R2组成的负反馈电路是否发挥作用。图4：当VR1=4k时的波形图5：当VR1=6.1k时的波形通过观察和比较前后两次产生的波形，可以确定波形在RV1规定的调节范围内不会发生波形的失真，从而证明由RV1，R1和R2组成的负反馈电路是发挥作用的。在电路的设计当中一定得考虑波形可能出现的各种情况。图2：RV1调到40%图3：RV1调到61%7第二章滞回比较器2．1滞回比较器矩形波发生器的电路主要由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。滞回比较器起开关作用，RC电路的作用是产生暂态过程。RC回路既是延迟环节，亦是反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。在运算放大器的输出端引入的限流电阻和两个背靠背的稳压二级管，起到了双向限幅的作用。通常将矩形波输出高电平的持续时间与振荡周期的比定义为占空比。电路利用二极管的单向导电性引导电容充、放电时电流流经的通路不同，从而使它们的时间常数不同，实现了矩形波发生器输出电压占空比的可调。矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以滞回比较器起开关作用，使输出在高低电平之间转换。RC电路的作用是产生暂态过程。因为产生振荡，就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；因为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回路既是延迟环节，亦是反馈网络，通过RC充、放电过程实现输出状态的自动转换。而输出端引入的限流电阻R0和两个背靠背的双向稳压管起到了双向限幅的作用。在单限比较器中，输入电压在阀值电压附近的任何微小变化，都将引起输出电压的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。而滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因此也就具有一定的抗干扰能力。从反向输入端输人的滞回比较器电路如图1a所示，滞回比较器电路中引人了正反馈。从集成运放输出端的限幅电路可以看出，UO＝±UZ。集成运放反相输人端电位UP＝UI同相输入端电位此电路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、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压Uo=+Uz,则同相输入端电位Up=+UT。Uo通过R1对电容C1正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高，当t趋于无穷时，Un趋于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo从+Uz跃变为-Uz,与此同时Up从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过R1对电容C1反向充电，如图中虚8线箭头所示。Un随时间逐渐增长而减低，当t趋于无穷大时，Un趋于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再减小，Uo就从-Uz跃变为+Uz，Up从-Ut跃变为+Ut，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。回比较器的电路图如图6所示。该比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。由于正反馈作用，这种比较器的门限电压是随输出电压的变化而变化。在实际电路中为了满足负载的需要，通常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路。图7为滞回比较器的电压传输特性。图6滞回比较器电路图图7滞回比较器电压传输特性曲线TVTV0ViV0HV0LV9第三章方波和三角波发生器3.1方波和三角波发生器方波和三角波发生器由集成运算放大器构成的方波和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。如图8所示为三角波积分器电路。如图9所示为由滞回比较器和集成运放组成的积分电路所构成的方波和三角波发生器。图8积分器电路在方波和三角波发生器的电路中，由R8的两端分别接在R7和三角波积分器的运算放大器的端口6，这样就够成了滞回比较器和积分器之间的负反馈电路，这样，可以解决三角波的波形的失真问题。同时，可以使积分器的输出信号源源不断的再反馈到积分放大器的输入端，这样，电路就连续不断的产生三角波。10图9方波和三角波发生器当U1：B输入为正时，则输出为正；反之输出为负。U1：C构成反相积分器，积分器输入为负时，输出向正向变化，积分器输入为正时，输出向负向变化。当积分器的输出下降到使滞回比较器的输入略低于0，则输出为负。这样不断的重复，就可以得到方波和三角波。如图10所示。输出方波的幅值由稳压管DZ决定，被限制在稳压值±Vz之间。调节RV2可改变振荡频率，同时输出幅值也会随之改变。图10三角波发生器波形图113.1.1电路的实现图11总电路图开始先调节RV1，使之大于50%，从而实现1+Rf/R23，实现起振，出现波形，大约在70%附近波形最好。此时若要调节输出峰峰值，只需调节继续RV1，要求输出1-5V峰峰值，根据计算和观察，RV1的调节范围是50%~75%频率的计算公式为f=1/2πRC，同时改变RV3和RV4的阻值即可改变输出频率，经理论计算，RV1和RV2的调节范围是1.92%~96.45%。123.1.1.1电路软件仿真效果5.1仿真电路5.2仿真结果13参考文献：1、童诗白、华成英，《模拟电子技