正弦波方波三角波发生器设计Word文件下载.docx
- 文档编号:18078012
- 上传时间:2022-12-13
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:407.49KB
正弦波方波三角波发生器设计Word文件下载.docx
《正弦波方波三角波发生器设计Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《正弦波方波三角波发生器设计Word文件下载.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
LC正弦波振荡电路具有容易起振、振幅大、频率调节范围宽等特点,可是输出波形较差。
LC正弦波振荡电路电压比较器积分电路
图方案一原理框图
方案二
方案二采用石英晶体正弦波振荡电路产生正弦波,石英晶体正弦波振荡电路具有振荡频率稳固度高的长处,但其频率调节性能较差且受环境温度影响大。
石英晶体正弦波振荡电路电压比较器积分电路
图方案二原理框图
方案三
方案三第一用一个RC振荡电路产生正弦波,然后在用一个电压比较器产生方波,最后在方波基础上利用积分电路产生三角波。
电路框图如图所示。
RC正弦波振荡电路电压比较器积分电路
图方案三原理框图
综上三种方案,方案一虽然对频率的调节性能好,但输出波形较差;
方案二振荡频率稳固性好,但频率不易调节,且受环境影响大,对电子元件要求也较高;
方案三能实现频率的持续可调,具有简单容易操作等长处,而且对电子元件的要求也不高,都为常常利用元件。
综上所述,方案三为最佳方案。
三系统组成及工作原理
正弦波发生电路的工作原理
产生正弦波的振荡条件
所谓正弦振荡,是指在不加任何输入信号的情形下,由电路自身产生必然频率、必然幅值的正弦波电压输出。
(a)(b)
图正弦波振荡电路的方框图
正弦波振荡电路的方框图如图示,上一方框为放大电路,下一方框为反馈网络。
图(b)中,电路和闸通电后,在电扰动下,对于某一特定频率f0的信号形成正反馈。
由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制,最终达到动态平衡,稳固在必然的幅值。
即
表明正弦波振荡电路的平衡条件为:
而平衡条件又分为幅值平衡条件和相位平衡条件,即:
幅值平衡条件
相位平衡条件
所以电路的起振条件为:
正弦波发生电路的组成及各部份的作用
引入正反馈的反馈网络和放大电路,其中接入正反馈是产生振荡的首要条件;
要产生按振荡还必需要知足幅值条件;
要保证输出频率单一且实现频率的可控,必需要有选频网络;
同时还应具有稳幅特性。
因此,正弦波产生电路主要有放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅环节四部份组成。
(1)放大电路:
保证电路能够有从起振到动态平衡的进程,电路取得必然幅值的输出值。
(2)正反馈网络:
知足相位条件,放大电路的输入信号等于其反馈信号。
(3)选频网络:
肯定电路的振荡频率,使电路产生单一频率的信号,保证电路产生正弦波振荡。
(4)稳幅环节:
即非线性环节,稳固输出信号的幅值。
判断电路是不是振荡。
判断电路可否产生正弦波振荡的方式:
(1)观察电路是不是存在放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅环节等四个重要组成部份。
(2)放大电路的结构是不是合理,可否正常放大,静态工作是不是适合。
(3)电路是不是知足起振的幅度条件。
若能知足相位平衡条件,又能知足起振条件,则说明该电路必然会产生正弦波振荡。
正弦波振荡电路查验,若:
(1)
则不可能振荡;
(2)
产生振荡,但输出波形明显失真;
(3)
产生振荡。
振荡稳固后
。
此种情形起振容易,振荡稳固,输出波形的失真小
RC桥式正弦波振荡电路
RC桥式正弦波振荡电路的特征是以集成运放为中心,以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络,其电路如图所示
图RC桥式正弦振荡电路
电路的起振条件:
Rf≧2R1振荡频率:
f=1/2πRC
可通过调整R和C的数值来改变振荡频率,要想提高振荡频率,则要减小R和C或减少二者之一。
电压比较器的工作原理
单限比较器
图过零比较器
将集成运放的一个输入端接地,另一个输入端接输入信号,就组成过零比较器,其电路和电压传输特性如图所示。
当UI>
0时,输出一个低电平UO=-UOM;
UI<
0时,输出一个高电平,UO=+UOM。
滞回比较器
图滞回比较器
该电路的作用是将正弦信号转变成方波信号,其传输特性曲线如图(b)所示。
电压比较器输出电压:
Uo=±
UZUP=±
R1/(R1+R2)Uz
令UN=UP求出的UI就是阀值电压,因此得出
±
UT=±
假设UI<
-UT,则UN小于Up,因此UO=+UZ,UP=+UT。
只有当输人电压UI增大到+UT,再增大一个无穷小量时,输出电压UO才会从高电平+UZ跃变成-UZ。
同理,假设UI>
+UT,那么UN大于UP,因此UO=-UZ,UP=-UT。
只有当输人电压UI减小到-UT,再减小一个无穷小量时,输出电压UO才会从低电平-UZ跃变成高电平+UZ。
因此,图(a)所示电路的电压传输特性如图(b)所示。
从电压传输特性上能够看出,当-UT<UI<+UT时,UO可能是-UZ,也可能是+UZ。
这取决于UI是从小于-UT,仍是从大于+UT转变而来的,即曲线具有方向性,如图(b)所示。
实际上,由于集成运放的开环差模增益不是无穷大,只有当它的差模输人电压足够大时,输出电压UO才为±
UZ。
UI在从+UT变成-UT或从-UT变成+UT的进程中,随着UI的转变,将通过线性区,并需要必然的时刻。
滞回比较器中引人了正反馈,加速了UO的转换速度。
例如,当UO=+UZ、UP=+UT时,只要UI略大于+UT足以引发UO的下降,即会产生如下的正反馈进程:
UO的下降致使UP下降,而UP的下降又使得UO进一步下降,反馈的结果使UO迅速变成-UT,从而取得较为理想的电压传输特性。
积分电路的工作原理
电路组成:
用积分电路将正弦波转换为方波
其电路如图所示
图积分电路
当输入信号为方波时,其输出信号为三角波,其传输特性曲线如图示:
图方波-三角波
四系统中各模块电路的设计
正弦波发生电路设计
频率可调的RC桥式振荡电路如图所示
图振荡频率可调的RC桥式正弦振荡电路
频率调节
电路产生正弦波的频率为:
f=f=1/2πRC。
可通过改变电位器的阻值来改变电路的频率,还应设置多个电容,每一个电容对应一个档位,输出必然频率范围内的波形。
当C2=C5=时
若电位器R11和R12同时调到最大,则
≈
若电位器R11和R12同时调到最零,则
≈
当C1=C4=时
≈151HZ
同理,当电容为、1uF、10uF、100uF时,频率的调节范围为:
~312HZ、~、~、~。
由上述个式可知,相邻档位的频率彼此覆盖,能够实现频率的持续可调。
幅值调节
可通过调节电路中电位器R4阻值的大小来改变输出波形的幅度,与R4串联的两个正反倒向的二极管,起到稳固输出电压幅值的作用。
正弦波振荡电路仿真输出波形如图所示:
图正弦波振荡电路仿真波形
正弦波转换成方波电路设计
图正弦波-方波电路
该电路用的为过零比较器,图顶用到的稳压管起到稳固方波幅值的作用,若所加为2V稳压管,则输出方波幅值为2V。
电路仿真输出波形如图所示
图正弦波转换为方波电路仿真波形
方波转换成三角波电路设计
图方波-三角波电路
该电路为一个积分电路,通过此积分电路将方波转换为三角波
输出电压:
U0=-
+u0(t1)
可通过改变滑动变阻的阻值来改变三角波的峰峰值。
仿真输出波形如图所示
图方波-三角波仿真输出波形
系统总电路图
系统总电路图为:
图系统总电路图
图系统电路仿真输出波形
五电路调试
电路分为三部份,第一部份为RC桥式正弦振荡电路,其功能是利用RC振荡产生特定频率的正弦波;
第二部份为电压比较器电路,其功能是将正弦波转成方波;
第三部份为积分电路,其功能为利用积分电路将方波转成三角波;
RC正弦波振荡电路调试
肯定好电路和元件参数后,先进行元件的排版和布局,然后采取分块焊接的方式焊接电路。
先完成RC正弦波振荡电路部份,完成后,接通电源,用示波器观察是不是有正弦波产生。
一开始没有正弦波产生,第一对电路进行了检查,是不是存在短路、虚焊等问题;
在排除电路和焊接问题后,检查电源是不是连接错误。
最后得出的结果是,连接电源时,没有将“地”连接上,待连上“地”后,接上示波器,观察到了正弦波。
波形出来后,调节电位器,观察其频率是不是能持续可调,正弦波幅值可否达到2V。
电压比较器电路调试
正弦波出来后,接着完成电压比较器电路部份,用示波器观察,能观察到方波,但方波的幅值过大,没有达到要求的2V,在排除第一部份正弦波振荡电路的问题后,发觉电压比较器当选用的稳压管稳幅电压过大,换上2V稳压管后,方波幅值达到了要求。
问题解决后,继续完成下一部份。
积分电路调试
方波部份完成后,继续完成最后一部份积分电路,波形出来后,接着进行整个电路系统的调试。
系统电路调试
整个电路完成后,对电路进行整体的测试,若波形存在失真,则应进一步完善,将波形调到最佳状态,所有波形出来后,则完成了设计的大体要求,接下来完成提高要求。
第一步、对RC正弦波振荡电路进行调节,调节正弦波振荡电路放大环节的电位器,正弦波幅值能达到设计要求的正负2V,同时调节RC选频网络电位器的阻值(维持两电位器阻值相等),其频率能实现持续可调。
RC正弦波振荡电路部份完成了设计要求。
第二步、对电压放大器进行调节,方波幅值能达到2V,方波部份达到设计要求。
第三步、调节积分电路电位器的阻值,使三角波峰峰值达到2V。
通过一段时刻的调节后,大体完成了设计的所有要求。
六心得体会
这次课程设计是我第一参与电子作品的设计和制作,从查资料、到设计电路、再到仿真,完成焊接,调试电路,感觉收获很多。
电子设计不单单是简单的从书上找一个电路图,然后焊接起来。
开始设计时,应第一预备多种方案,然后进行比较论证,按照现有条件,选择最佳方案;
方案肯定后,再完成电路的焊接,焊接前应注意元件的布局,尽可能使电路变得美观,电路完成后,按照电路模块化的原则,将电路分为三部份,别离进行调试。
本次设计印象最深的是:
电路模块化理念。
任何电子产品都不止一个电路,它是通过各个模块组合起来的。
因此在电路设计时,要注意电路模块化理论。
将本来超级复杂的电路分解成一个个简单的单元电路,然后设计单元电路,单元电路设计起来就简单多了。
最后将每一个单元电路连接起来便成了一个复杂的,具有特定功能的电路。
这种设计电路的思想在设计大型电路时尤其突出。
本次设计中碰到了很多困难,但在老师同窗的帮忙下、在自己的尽力下,仍是一个一个的将问题解决了!
个人感觉收获最大的就是学会了设计电路的和调试电路的一般方式。
固然从这这次课设中也发觉自己存在一些不足的地方,像动手方面还有些欠缺,以后要多实践,多参加类似的训练,同时还要增强理论知识的学习,只有良好的理论基础,才能更好的指导实践。
参考文献
一、华成英.模拟电子技术大体教程.清华大学出版社,2010.
二、邓谦、刘清平.电子技术实践2.南昌航空大学信息工程学院电子实践中心,2010.
3、王港元.电工电子实践指导(第二版).江西科学技术出版社,2005.
4、陈兆仁.电子技术基础实验研究与设计.电子工业出版社,2000.
五、杜龙林.用万用表检测电子元器件.辽宁科学技术出版社,2001.
六、杨振江等.新颖实用电子设计与制作.西安电子科大出版社,2000.
7、谢自美.电子线路设计、实验、测试(第二版).华中理工大学出版社,2000
附录一
元件清单
序号
名称
型号
数量
01
电位器
100k
10k
2
3
02
电阻
1k
3k
1
5
03
电容
1uF
04
二极管
1N4148
1N4735
05
稳压管
稳压2V
06
芯片
LM324
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 正弦波 方波 三角 发生器 设计