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设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：2.41M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    模拟电子技术课程设计报告 课 程 名 称 模 拟 电 子 技 术 课 程 设 计 设 计 题 目 设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器 所学专业名称 班 学 级 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 应用物理 电 类 096 2009210261 *** *** 2010 年 12 月 3 0 日
    滁州学院模拟电子技术课程设计 任 务 书 设计（论文）名称：设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器 系(部)、专业：电子系 09 应用物理专业 学生姓名： 胡小磊 指导教师： 吕承启 下达时间： 2010.12.06 一、课程设计应达到的目的： 1．掌握电子系统的一般设计方法 2．掌握模拟 IC 器件的应用 3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力 4．掌握常用元器件的识别和测试 5．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法 二、课程设计任务和基本要求 设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器 课程设计的要求及技术指标 1．设计、组装、调试函数发生器 2．输出波形：正弦波、方波、三角波； 3．频率范围 ：在 10－10000Hz 范围内可调 ； 4．输出电压：方波 UＰ－Ｐ≤24V，三角波 UＰ－Ｐ＝8V，正弦波 UＰ－Ｐ>1V； 函数发生器总方案及原理框图
    原理框图 函数发生器的总方案 函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电 路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器 S101 全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块 8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管 差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。 产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦 波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波 变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正 弦波的电路设计方法， 本课题中函数发生器电路组成框图如下所示： 由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波， 三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗 高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将 频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。
    各组成部分的工作原理 方波发生电路的工作原理 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 R3 对电容 C 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 R3 对电容 C 反 向充电，如图中虚线箭头所示。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。 方波---三角波转换电路的工作原理 R1 3 U1 2 1 R3 5 R2 R4 Rp2 4 50% Rp1 50% C1 3 U2 4 2 1 R17 5 方波—三角波产生电路  U T  R 2 RR  3 1 p U 2 mo T  4 ( RR 4 2 R 3 2 ) CR  1 p R  1 p
    工作原理如下： 若 a 点断开，运算发大器 A1 与 R1、R2 及 R3、RP1 组成电压比较器，C1 为加速电容，可加 速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压，即 U-=0，同相输入端接输入电压 Uia，R1 称 为平衡电阻。比较器的输出 Uo1 的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-Vee （|+Vcc|=|-Vee|）, 当比较器的 U+=U-=0 时，比较器翻转，输出 Uo1 从高电平跳到低电平-Vee, 或者从低电平 Vee 跳到高电平 Vcc。设 Uo1=+Vcc,则 U   R 2 R RP 3 1  R 2  ( V  CC )  R RP 3 1    R RP 3 1 R 2 U ia  0 将上式整理，得比较器翻转的下门限单位 Uia-为 U  ia  R  2 RP  1 R 3 ( V  )CC  R  2 RP  1 R 3 V CC 若 Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位 Uia+为 U  ia  R  2 RP  1 R 3 ( V  )EE  R 2 RP  1 R 3 V CC
    比较器的门限宽度 U H  U  ia  U  ia  2 R 2 RP  1 R 3 I CC 由以上公式可得比较器的电压传输特性，如图 3-71 所示。 a 点断开后，运放 A2 与 R4、RP2、C2 及 R5 组成反相积分器，其输入信号为方波 Uo1，则积 分器的输出 Uo2 为 2 O U  1  ) RP C 2 2  ( R 4  U dt O 1 U 1O U 1O V  时， 2 O U CC V  时， 2 O U EE  ( ) V   CC ) RP C R  4 2 2 ( t  V  CC ) RP C  2 2 ( R 4  ( ) V   EE ) RP C R  4 2 2 ( t  V CC ) RP C  2 2 ( R 4 t t 可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系下 图所示。 a 点闭合，既比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波-三角波。三角波的 幅度为 U O m 2  R 2 RP  1 R 3 V CC 方波-三角波的频率 f 为 f  R 3 ( R R 2 4   RP 1 ) RP C 2 2 4 由以上两式可以得到以下结论： 1. 电位器 RP2 在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。若要求输出 频率的范围较宽，可用 C2 改变频率的范围，PR2 实现频率微调。 2. 方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc。三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc。 电位器 RP1 可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。
    三角波---正弦波转换电路的工作原理 三角波——正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。 差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放 大器，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原 理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。分析表明，传输特性曲线的表达式为： I C 2  aI E 2  aI U e 0 id / U T 1  式中 a  I C / I E  1 I C 1  aI E 1  aI 0 U e  id / U T 1  0I ——差分放大器的恒定电流； TU ——温度的电压当量，当室温为 25oc 时，UT≈26mV。 如果 Uid 为三角波，设表达式为 Tt    4   3 T  t  4  4 U T 4 U  T        U id m m    式中 Um——三角波的幅度； T——三角波的周期。       0 Tt   2 T t T   2      
    为使输出波形更接近正弦波，由图可见： （1） 传输特性曲线越对称，线性区越窄越好； （2） 三角波的幅度 Um 应正好使晶体管接近饱和区或截止区。 （3） 图为实现三角波——正弦波变换的电路。其中 Rp1 调节三角波的幅度，Rp2 调整电 路的对称性，其并联电阻 RE2 用来减小差分放大器的线性区。电容 C1,C2,C3 为隔直 电容，C4 为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。 IO2 C4 C5 R12 C2 R8 VCC -12V R5 R6 R14 R7 R13 50% R9 R11 VCC -12V 三角波—正弦波变换电路
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