幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文） 題目：題目：幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器 院（系）：院（系）： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學(xué)學(xué) 號：號： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 教師職稱：教師職稱： 起止時(shí)間：起止時(shí)間： 目目 錄錄 第第 1 章章 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計(jì)方案論證幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計(jì)方案論證.1 1.11.1 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器的應(yīng)用意義幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器的應(yīng)用意義.1 1.21.2 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)

2、指標(biāo).1 1.31.3 設(shè)計(jì)方案論證設(shè)計(jì)方案論證.1 1.41.4 總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析.2 第第 2 章章 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器各單元電路設(shè)計(jì)幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器各單元電路設(shè)計(jì).3 2.12.1 遲滯比較器電路設(shè)計(jì)遲滯比較器電路設(shè)計(jì).3 2.22.2 積分器電路設(shè)計(jì)積分器電路設(shè)計(jì).4 2.32.3 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì).5 第第 3 章章 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器整體電路設(shè)計(jì)幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器整體電路設(shè)計(jì).6 3.13.1 整體電路圖及工作原理整體電路圖及工作原理.6 3.23.2 電路參數(shù)計(jì)算電路參數(shù)計(jì)算.8 3.33.3 整機(jī)電路

3、性能分析整機(jī)電路性能分析.9 第第 4 章章 設(shè)計(jì)總結(jié)設(shè)計(jì)總結(jié).9 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).9 第第 1 1 章章 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計(jì)方案論證幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計(jì)方案論證 1.11.1 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器的應(yīng)用意義幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器的應(yīng)用意義 在我們?nèi)粘Ｉ钪校约耙恍┛茖W(xué)研究中，鋸齒波是常用的基本測試信號。在無線 電通信，測量，自動(dòng)化控制等技術(shù)領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用著各種類型的信號發(fā)生器此外，如在 示波器、電視機(jī)等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以利用熒光屏顯示圖像，常 用到鋸齒波產(chǎn)生器作為時(shí)基電路。例如，要在示波器熒光屏上不失真地觀察到被測信號 波形，要求在水平偏轉(zhuǎn)板加

4、上隨時(shí)間作線性變化的電壓鋸齒波電壓，使電子束沿水 平方向勻速搜索熒光屏。而電視機(jī)中顯像管熒光屏上的光點(diǎn)，是靠磁場變化進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的， 所以需要要用鋸齒波電流來控制。因此鋸齒波發(fā)生器是我們在學(xué)習(xí)，科學(xué)研究等方面不 可缺少的工具。 1.21.2 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo) 設(shè)計(jì)要求： 1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境 等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。 2 .確定合理的總體方案。對各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成 本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源

5、，敲定可行方案。 3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。 4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進(jìn)右出 的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。 功能要求： 輸出的波形工作頻率范圍 0.02hz1khz 連續(xù)可調(diào)； 方波幅值10v。 波峰峰值 20v；各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)。 1.31.3 設(shè)計(jì)方案論證設(shè)計(jì)方案論證 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器電路可由集成運(yùn)放構(gòu)成，也可以由集成函數(shù)發(fā)生器 8038 構(gòu)成，還可以由 555 定時(shí)芯片構(gòu)成的自舉電路產(chǎn)生。本次設(shè)計(jì)采用的是集成運(yùn)放構(gòu)成的 電路。 1.41.4 總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析總體

6、設(shè)計(jì)方案框圖及分析 一、鋸齒波發(fā)生器 鋸齒波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器 遲滯比較器遲滯比較器rcrc 充放電電路充放電電路 如圖所示，主要由遲滯比較器和 rc 充放電電路組成。比較器屬于信號處理的一種， 主要用于比較輸入信號的電平，并將比較的結(jié)果輸出。其特點(diǎn)是：當(dāng)輸入增大及減小時(shí)， 兩種情況下的門限電壓不相等，傳輸特性呈現(xiàn)出“滯回”曲線的形狀。 二.直流穩(wěn)壓電源 常用電子儀器或設(shè)備（如示波器、電視機(jī)等）所需要的直流電源，均屬于單相小功 率直流電源（功率在 1000w 以下） 。它的任務(wù)是將 220v、50hz 的交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn) 定的直流電壓（例如幾伏或幾十伏） ，同時(shí)能提供一定的直流電流（比如幾

7、安甚至幾十安） 。單相小功率直流電源一般由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，如圖所 示。 其工作過程一般為：首先由電源變壓器將 220v 的交流電壓變換為所需要的交流電壓 值；然后利用二極管單向?qū)щ娦詫⒔涣麟妷赫鳛閱蜗蛎}動(dòng)的直流電壓；再通過電容或 電感等儲能元件組成的濾波電路減小其脈動(dòng)成分，從而得到比較平滑的直流電壓經(jīng)過整 流、濾波后得到的直流電壓易受電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響（一般有10%左右的波動(dòng)）， 必須加穩(wěn)壓電路，可利用負(fù)反饋等措施維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。 第第 2 2 章章 幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器各單元電路設(shè)計(jì)幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器各單元電路設(shè)計(jì) 2.12.1 遲滯比較

8、器電路設(shè)計(jì)遲滯比較器電路設(shè)計(jì) 圖 a_01 單門限電壓比較器雖然有電路簡單、靈敏度高等特點(diǎn)，但其抗干擾能力差。例如， 在單門限電壓比較器的圖 a_01 中，當(dāng)vi中含有噪聲或干擾電壓時(shí)，其輸入和輸出電壓波 形如圖 a_01 所示，由于在vi=vth=vref附近出現(xiàn)干擾，vo將時(shí)而為voh，時(shí)而為vol，導(dǎo)致 比較器輸出不穩(wěn)定。如果用這個(gè)輸出電壓vo去控制電機(jī)，將出現(xiàn)頻繁的起?，F(xiàn)象，這種 情況是不允許的。提高抗干擾能力的一種方案是采用遲滯比較器。 圖 a_02a 遲滯比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)特性的比較器。圖 a_02a 所示為反相輸入遲滯比較 器原理電路，它是在反相輸入單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上

9、引入了正反饋網(wǎng)絡(luò)，其傳輸特 性如圖 a_02b 所示。如將vi與vref位置互換，就可組成同相輸入遲滯比較器。由于正反 饋?zhàn)饔?，這種比較器的門限電壓是隨輸出電壓 vo 的變化而改變的。它的靈敏度低一些， 但抗干擾能力卻大大提高了 圖 a_02b 反相輸入遲滯比較器 2.22.2 積分器電路設(shè)計(jì)積分器電路設(shè)計(jì) 積分電路時(shí)一種應(yīng)用比較廣泛的模擬信號運(yùn)算電路，它是組成模擬計(jì)算機(jī)的基本單 元，可以實(shí)現(xiàn)對微分方程的模擬。同時(shí)，積分電路也是控制和測量系統(tǒng)中常用的重要單 元，利用其充放電過程可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)、定時(shí)以及各種波形的產(chǎn)生。 圖 b 積分電路 電路組成如圖 b，根據(jù)理想運(yùn)放工作在線型區(qū)時(shí)“虛短”和“虛斷

10、”的特點(diǎn)可知：電 路的輸出電壓 uo與電容兩端的電壓 uc成正比，而電路的輸入電壓 ui與流過電容的電流 ic成正比，即 uo與 ui之間成為積分運(yùn)算關(guān)系。 由于集成運(yùn)放的反相輸入端“虛地” ，故可見輸出電壓與電容兩端電壓成正 co uu 比。又由于“虛斷” ，運(yùn)方反相輸入端的電流為零，則，故即輸入電壓 c ii riiru ci 1 與流過電容的電流成正比。由以上幾個(gè)表達(dá)式可得： dtu 1 dti c 1 uu icco rc 由此可知，當(dāng)輸入電壓為矩形波時(shí)，通過積分換算，輸出電壓即可轉(zhuǎn)變?yōu)槿遣ā?2.3 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) 圖 c 圖 c 為串聯(lián)反饋是穩(wěn)壓電路的一般結(jié)構(gòu)圖，圖中 v1

11、是整流濾波電路的輸出電壓， t1、t2為調(diào)整管，a 為比較放大電路，vref為基準(zhǔn)電壓，它由穩(wěn)壓管 dz與限流電阻 r 串聯(lián) 所構(gòu)成的簡單穩(wěn)壓點(diǎn)電路獲得，r3、r4、rw與組成反饋網(wǎng)絡(luò)，是用來反映輸出電壓變化的 取樣環(huán)節(jié)。 這種穩(wěn)壓電路的主回路是起調(diào)整作用的 bjt t 與負(fù)載串聯(lián)，輸出電壓的變化量由反 饋網(wǎng)絡(luò)取樣經(jīng)放大電路(a)放大后去控制調(diào)整管 t 的 c-e 極間的電壓降，從而達(dá)到穩(wěn)定輸 出電壓 v0的目的。穩(wěn)壓原理可簡述如下：當(dāng)輸入電壓 vi增加（或負(fù)載電流 i0減?。r(shí)， 導(dǎo)致輸出電壓 v0增加，隨之反饋電壓 vf=r2v0/(r1+r2)=fvv0也增加（fv為反饋系數(shù)） 。vf與

12、基準(zhǔn)電壓 vref相比較，其差值電壓經(jīng)比較放大電路放大后使 vb和 ic減小，調(diào)整管 t 的 c-e 極間電壓 vce增大，使 v0下降，從而維持 v0基本恒定。 同理，當(dāng)輸入電壓 vi減小（或負(fù)載電流 i0增加）時(shí)，亦將使輸出電壓基本保持不變。 從反饋放大電路的角度來看，這種電路屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。調(diào)整管 t 連接成 電壓跟隨器。因而可得 vb=av(vref-fvv0)v0 或 v0=vrefav/(1+avfv) 式中 av是比較放大電路的電壓增益，使考慮了所帶負(fù)載的影響，與開環(huán)增益 avo 不 同。在深度負(fù)反饋條件下，1+avfv1 時(shí)，可得 v0vref/fv=vref（1+r1

13、/r2） 上式表明，輸出電壓 v0與基準(zhǔn)電壓 vref近似成正比，與反饋系數(shù) fv成反比。當(dāng) vref 及 fv已定時(shí)，v0也就確定了，因此它是設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路的基本關(guān)系式。 值得注意的是，調(diào)整管 t 的調(diào)整作用是依靠 vf和 vref之間的偏差來實(shí)現(xiàn)的，必須有偏差 才能調(diào)整。如果 v0絕對不變，調(diào)整管 vce的也絕對穩(wěn)定，那么電路也就不能起調(diào)整作用 了。所以 v0不可能達(dá)到絕對穩(wěn)定，只能是基本穩(wěn)定。因此，圖 2.1.1 所使得系統(tǒng)是一個(gè) 閉環(huán)有差調(diào)整系統(tǒng)。 由以上分析可知，當(dāng)反饋越深時(shí)，調(diào)整作用越強(qiáng)，輸出電壓 v0也越穩(wěn)定，電路的穩(wěn) 壓系數(shù)和輸出電阻 r0也越小。 第第 3 3 章章 幅度頻率可

14、調(diào)鋸齒波發(fā)生器整體電路設(shè)計(jì)幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器整體電路設(shè)計(jì) 3.13.1 整體電路圖及工作原理整體電路圖及工作原理 1電路組成 圖 d 圖 d 所示為一個(gè)鋸齒波發(fā)生電路。圖中集成運(yùn)放 a1組成遲滯比較器；二極管 vd1、vd2和電位器 rw，使積分電路的充放電回路分開，故 a2組成充放電時(shí)間常數(shù)不等的 積分電路。調(diào)節(jié)電位器 rw滑動(dòng)端的位置，使 rw1遠(yuǎn)小于 rw2，則電容放電的時(shí)間常數(shù)將比 充電的時(shí)間常數(shù)小得多，于是放電過程很快，而充電過程很慢，即可得鋸齒波。遲滯比 較器輸出的矩形波加在積分電路的反相輸入端，而積分電路輸出的鋸齒波又接到遲滯比 較器的同相輸入端，控制遲滯比較器輸出端的狀態(tài)

15、發(fā)生跳變，從而在 a2的輸出端得到周 期性的鋸齒波。 2. 整體電路 2.工作原理 假設(shè)初始時(shí)刻滯回比較器輸出端為高電平，而且假設(shè)積分電容上的初始電壓為零。 由于 a1同相輸入端的電壓 u+同時(shí)與 uo1和 uo有關(guān)，根據(jù)疊加原理，可得： （1） o 21 2 1o 21 1 u rr r u rr r u 則此時(shí) u+也為高電平。但當(dāng)時(shí)，積分電路的輸出電壓 uo將隨著時(shí)間往負(fù)方向線 z1o uu 性增長，u+隨之減小，當(dāng)減小至?xí)r，滯回比較器的輸出端將發(fā)生跳變，使0 uu ，同時(shí) u+將跳變?yōu)橐粋€(gè)負(fù)值。以后，積分電路的輸出電壓將隨著時(shí)間往正方向 z1o uu 線性增長，u+也隨之增大，當(dāng)增大至

16、時(shí)，滯回比較器的輸出端再次發(fā)生跳變，0 uu 使,同時(shí) u+也跳變?yōu)橐粋€(gè)正值。然后重復(fù)以上過程，于是可得滯回比較器的輸 z1o uu 出電壓為矩形波，而由于積分電路的充放電時(shí)間不等，故積分電路輸出電壓 uo 為鋸 1o u 齒波。如圖 e 所示： 圖 e 鋸齒波發(fā)生電路的波形圖 由上圖可知，當(dāng)發(fā)生跳變時(shí)，鋸齒波輸出 uo達(dá)到最大值 uom，而發(fā)生跳變的 1o u 1o u 條件是： ，將條件，代入（1）式，可得：0 uu z1o uu0 u （2） mo 21 2 z 21 1 u rr r u- rr r 0 ）（ 由此可解得鋸齒波輸出的幅度為： （3） z 2 1 om u r r u 要

17、使得幅度可調(diào)，由（3）式可知，改變參數(shù)即可，所以實(shí)際電路中采用滑動(dòng) 1 r 1 r 變阻器；調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器即可改變鋸齒波的輸出幅度。從而滿足設(shè)計(jì)要求。 3.23.2 電路參數(shù)計(jì)算電路參數(shù)計(jì)算 門限電壓的估算 vp1=v1-rw2（vi-vo1）/（rw2+r5） 考慮到電路翻轉(zhuǎn)時(shí)，有 vn1vp1=0，即得 v1=vth=-vo1（rw2/r5） 由于 vo1=vz，由上式，可分別求出上、下門限電壓和門限寬度為 vt+=vzr1/r5 vt-=-vzrw2/r5和vt=vt+-vt-=2vzrw2/r5 3.33.3 整機(jī)電路性能分析整機(jī)電路性能分析 本次所設(shè)計(jì)的幅度頻率可調(diào)的鋸齒波發(fā)生器可實(shí)現(xiàn)輸出的波形工作頻率范圍 0.02hz1khz 連續(xù)可調(diào)；方波幅值10v；波峰峰值 20v；各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)。 基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 第第 4 4 章章 設(shè)計(jì)總結(jié)設(shè)計(jì)總結(jié) 通過這次課程設(shè)計(jì)，我不僅把知識融會(huì)貫通，而且豐富了大腦，同時(shí)在查找資料的 過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，認(rèn)識了將來的發(fā)展方向，使自己的專業(yè)知 識方面和動(dòng)手能力方面有了質(zhì)的飛躍。 通過這次親手設(shè)計(jì)幅度頻率可調(diào)鋸齒波發(fā)生器我又一次復(fù)習(xí)了一學(xué)期