三角波、方波、正弦波发生电路,三角波方波正弦波发生电路

('波形发生电路要求:设计并制作用分立元件和集成运算放大器组成得能产生方波、三角波和正弦波得波形发生器。指标:输出频率分别为:1０２HZ、1０3HZ和10４Ｈz;方波得输出电压峰峰值ＶPP≥２0V(１)方案得提出方案一:1、由文氏桥振荡产生一个正弦波信号。２、把文氏桥产生得正弦波通过一个过零比较器从而把正弦波转换成方波。3、把方波信号通过一个积分器。转换成三角波。方案二:１、由滞回比较器和积分器构成方波三角波产生电路。２、然后通过低通滤波把三角波转换成正弦波信号。方案三:1、由比较器和积分器构成方波三角波产生电路。2、用折线法把三角波转换成正弦波。(２)方案得比较与确定方案一:文氏桥得振荡原理:正反馈RC网络与反馈支路构成桥式反馈电路。当R１＝R２、C1＝C2。即f=ｆ０时,F=1/3、Au＝3。然而,起振条件为Au略大于3。实际操作时,如果要满足振荡条件Ｒ4/R３=2时,起振很慢。如果R4／Ｒ３大于2时,正弦波信号顶部失真。调试困难。RC串、并联选频电路得幅频特性不对称,且选择性较差。因此放弃方案一。方案二:把滞回比较器和积分比较器首尾相接形成正反馈闭环系统,就构成三角波发生器和方波发生器。比较器输出得方波经积分可得到三角波、三角波又触发比较器自动翻转形成方波,这样即可构成三角波和方波发生器。通过低通滤波把三角波转换成正弦波就就是在三角波电压为固定频率或频率变化范围很小得情况下使用。然而,指标要求输出频率分别为1０2HZ、103HZ和104Hz。因此不满足使用低通滤波得条件。放弃方案二。方案三:方波、三角波发生器原理如同方案二。比较三角波和正弦波得波形可以发现,在正弦波从零逐渐增大到峰值得过程中,与三角波得差别越来越大;即零附近得差别最小,峰值附近差别最大。因此,根据正弦波与三角波得差别,将三角波分成若干段,按不同得比例衰减,就可以得到近似与正弦波得折线化波形。而且折线法不受频率范围得限制。综合以上三种方案得优缺点,最终选择方案三来完成本次课程设计。(3)工作原理:1、方波、三角波发生电路原理该电路由滞回比较器和积分器组成。图中滞回比较器得输出电压,她得输入电压就就就是积分电路得输出电压ｕ02。则Ｕ1A得同相输入端得电位:,令up=un=0,则阀值电压:;积分电路得输入电压就就是滞回比较器得输出电压ｕ01,而且不就就是+Uｚ,就就就是-Uｚ,所以输出电压得表达式为:;设初态时u01正好从-Uz跃变到+Uz,则:,积分电路反向积分,u0２随时间得增长线性下降,一旦u02=-Ut,在稍减小,u０1将从+Uｚ跃变为-Uz,使式变为:,积分电路正向积分,u0２随时间增长线性增大,一旦ｕ02＝+Ut,再稍微增大,uo1将从-Uz跃变为+Uz,回到初态。电路重复上述过程,因而产生自激振荡。由上分析,u０1就就是方波,且占空比为50%,幅值为;u02就就是三角波,幅值为。取正向积分过程,正向积分得起始值-Ut,终了值+Ut,积分时间为Ｔ/2,代入,得,式中,整理可得:。2、正弦波发生电路原理折线法就就是用多段直线逼近正弦波得一种方法。其基本思路就就是将三角波分成若干段,分别按不同比例衰减,所获得得波形就近似为正弦波。下图画出了波形得１／4周期,用四段折线逼近正弦波得情况。图中UIｍax为输入三角波电压幅值。根据上述思路,可以采用增益自动调节得运算电路实现。利用二极管开关和电阻构成反馈通路,随着输入电压得数值不同而改变电路得增益。在ωt＝0°～25°段,输出得“正弦波”用此段三角波近似(二者重合),因此,此段放大电路得电压增益为1。由于ωt=25°时,标准正弦波得值为sin２5°≈0、４23,这里uＯ＝uI＝2５/９0UIｍax≈0、278UＩｍax,所以,在ωt＝９0°时,输出得“正弦波”得值应为uO＝0、278/0、423UＩｍax≈０、657UImａｘ。在ωt=５0°时,输入三角波得值为uI=50/90UImaｘ≈0、556UImax,要求输出电压uＯ＝０、6５7UImax×sin50°≈０、5０3UImａx,可得在25°～50°段,电路得增益应为ΔuO/ΔuI＝(0、503−0、278)／(0、556−0、２７8)=0、80９。在ωt＝7０°时,输入三角波得值为ｕI=７０/90ＵImax≈0、77８UＩmax,要求输出电压uＯ=0、657ＵImａx×sin７0°≈0、617UIｍax,可得在5０°~7０°段,电路得增益应为ΔuO/ΔｕＩ=(0617−0、503)/(0、778−０、５5６)=0、51４。在ωt=９0°时,输入三角波得值为uI=UＩmax,要求输出电压uO≈０、657UImａx,可得在70°～90°段,电路得增益应为ΔuO/ΔuI=(０、657−0、６1７)/(1−0、７7８)=0、１80。下页图所示就就是实现上述思路得反相放大电路。图中二极管D3～D5及相应得电阻用于调节输出电压ｕ03＞０时得增益,二极管D6～D８及相应得电阻用于调节输出电压ｕ０３<０时得增益。电路得工作原理分析如下。当输入电压ｕＩ＜0、278UＩmaｘ时,增益为1,要求图中所有二极管均不导通,所以反馈电阻Rf=R１1。据此可以选定Ｒｆ＝R11=Ｒ６得阻值均为1kΩ。当ωt=25°~50°时,电压增益为0、８09,要求Ｄ１导通,则应满足:,解出R1３=4、236kΩ。由于在ωｔ=２５°这一点,D1开始导通,所以,此时二极管Ｄ1正极电位应等于二极管得阈值电压Vth。由图可得:,式中ｕ03就就是ωt=２５°时输出电压得值,即为0、278UImax。取UImax=１0V,Uｔh=0、7V,则有解出Ｒ１４＝31、97kΩ。电阻取标准值,则R13=4、22kΩ,R１４=３1、６kΩ。其余分析如上。需要说明,为使各二极管能够工作在开关状态,对输入三角波得幅度有一定得要求,如果输入三角波得幅度过小,输出电压得值不足以使各二极管依次导通,电路将无法正常工作,所以上述电路采用比列可调节得比例运算电路(U３A模块)将输出得三角波得幅值调至。(４)元件选择:①选择集成运算放大器由于方波前后沿与用作开关得器件U1A得转换速率SR有关,因此当输出方波得重复频率较高时,集成运算放大器A1应选用高速运算放大器。集成运算放大器U2Ｂ得选择:积分运算电路得积分误差除了与积分电容得质量有关外,主要事集成放大器参数非理想所致。因此为了减小积分误差,应选用输入失调参数(VＩ0、Iｉ0、△Vi０/△Ｔ、△Ii０/△T)小,开环增益高、输入电阻高,开环带较宽得运算放大器。反相比例运算放大器要求放大不失真。因此选择信噪比低,转换速率ＳR高得运算放大器。经过芯片资料得查询,ＴL0８2双运算放大转换速率ＳＲ=14V／ｕs。符合各项指标要求。②选择稳压二极管稳压二极管Dz得作用就就是限制和确定方波得幅度,因此要根据设计所要求得方波幅度来选稳压管电压Ｄz。为了得到对称得方波输出,通常应选用高精度得双向稳压管③电阻为１/4W得金属薄膜电阻,电位器为精密电位器。④电容为普通瓷片电容与电解电容。(5)仿真与调试按如下电路图连接连接完成后仿真,仿真组图如下仿真完成后开始焊接电路,焊接完成后开始调试,调试组图如下:。(5)总结该设计完全满足指标要求。第一:下限频率较高:70hz。原因分析:电位器最大阻值和相关电阻阻值得参数不精确。改进:用阻值精密电位器和电阻。第二:正弦波在10０00HZ时,波形已变坏。原因分析:折线法中各电阻阻值不精准,TL082CD不满足参数要求。改进:采用精准电阻,用NE5532代替ＴＬ０８２CＤ。、(6)心得体会“失败乃成功之母”。从始时得调试到最后完成课程设计经历了多次失败。不能半途而废,永不放弃得精神在自己选择得道路上坚持走下去!在这次设计过程中,体现出自己单独设计得能力以及综合运用知识得能力,体会了学以致用。并且从设计中发现自己平时学习得不足和薄弱环节,从而加以弥补。时,这次模拟电子课程设计也让我认识到以前所学知识得不深入,基础不够扎实,以致于这次在设计电路图得时候,需要重复翻阅课本得知识。我深深知道了知识连贯运用得重要性。(7)参考书目:１、童诗白、华成英,《模拟电子技术基础》2、吴慎山,《电子技术基础实验》３、周誉昌、蒋力立,《电工电子技术实验》4、广东工业大学实验教学部,《Multisim电路与电子技术仿真实验》(８)元件清单元件类型元件序号元件型号数量集成运放U１A、U２B、Ｕ3A、U4BTL082CD2稳压管D1D21N４742Ａ2二极管Ｄ3D４D5D6D7D８１N40０7６电解电容C１100UF1瓷介电容C210０NＦ１电位器R８500K1R12100K1金属膜电阻R1R3R4R5R９Ｒ1０１0K6R２100Ｋ1R72401R6Ｒ1１1K1Ｒ14Ｒ1９31、6Ｋ2R１3R204、2２K２R15R215、1１K２R１6R221、4K2R1７R236４92Ｒ18R242262',)