方波-三角波-正弦波-鋸齒波發(fā)生器

1、方波-三角波-正弦波-鋸齒波發(fā) 生器電子工程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)要求1 前言12方波、三角波、正弦波發(fā)生器方案 22.1原理框圖23 各組成部分的工作原理33.1方波發(fā)生電路的工作原理 33.2方波-三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理43.3三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 63.4方波一鋸齒波轉(zhuǎn)換電路的工作原理 73.5總電路圖8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

2、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(zhuān)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

3、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0.02 20KHz范圍內(nèi)且連續(xù)可調(diào)；/、八1.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)電路提供所需要的已知 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

4、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(mǎn)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(lèi)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 是操作簡(jiǎn)單方便。2方波、三角波、正弦波發(fā)生器方案2.1原理框圖圖1方波、三

5、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

6、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)電容C 1正向充電，充電波放 形如圖3箭頭所示。當(dāng)該電壓上升到Uth2時(shí)，電路的輸出電壓變?yōu)橐籙z，門(mén)限電壓也隨之變?yōu)閁thi , 電容C1經(jīng)電阻R放電。當(dāng)該電壓下降到U thI時(shí)輸出圖3 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1.電路的組成4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)RC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R C積分電路就可以組成三角波信號(hào)發(fā)生器。如圖4 該電路的工作原理是：方波信號(hào)發(fā)生器輸出的

7、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R1 .Rpl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52 .振蕩頻率因?yàn)?，該電路振蕩信?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-=0由此可得輸出信號(hào)的幅度為： Uom=U=R1Uz/R2設(shè)積分電路的輸出電壓從+Uom到一

8、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)即 t=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)3.3三角波-正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理R5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3.4方波一鋸齒波轉(zhuǎn)換電路的工作原理1316R4100k QD41N4154 Q 50% - Key=A81N4154U1OPAMP 3T VIRTUALR31k QD2 1N4680R1020k Q 50%R12Key=B6R6

9、12 C1 10k q H Q151UFU214OP,AmP 3T VIRTUAL-D1車(chē) 1N4680R5100k QR2 AW 510QGNDR7 A/W 10k Q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7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 1;當(dāng)輸入為一Uz時(shí)，D3斷，D4通，積分 電路的時(shí)間常

10、數(shù)為R（6到12 ）C 1 可得T=t1+t2=2（R4+R5）R1C1/R2波形圖如圖9圖9 鋸齒波3.5總電路圖Rp316100k QD4Rp1 Key=B61N4154加41弊50%Key=A D3 $8R512 C1 10kQ10 ,U3AMP_3T_VIRTUAL*2 500k QKey=CR8 10k Q1750%U1R31kQOPAMP 3T VIRTUALD1 1N4680D2 1N468010k QGNDOpAMp 3T VIRTUAL1uF U2R100k QGNDR6510 QC4510 Q_ C2千 4.7uF寧 2.2uFC32.2uF圖9 總電路圖圖中 S1 開(kāi)關(guān)可

11、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) 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)換為鋸齒波，調(diào)節(jié)Rp 3可調(diào)節(jié)輸出波形不同的幅值。5 實(shí)驗(yàn)總結(jié) 為期幾天的課程設(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(huà)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)

12、，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?運(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(guān)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)到成功來(lái)自于汗水，體會(huì)到成果的來(lái)之不易。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們遇到了不少的問(wèn)題。比如：