三角波方波正弦波发生电路.docx
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三角波方波正弦波发生电路
波形产生电路之羊若含玉创作
要求:
设计并制作用分立元件和集成运算放大器组成的能产生方波、三角波和正弦波的波形产生器.
指标:
输出频率分离为:
102HZ、103HZ和104Hz;方波的输出电压峰峰值VPP≥20V
(1)计划的提出
计划一:
1、由文氏桥振荡产生一个正弦波信号.
2、把文氏桥产生的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.
计划二:
1、由滞回比较器和积分器组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.
计划三:
1、由比较器和积分器组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)计划的比较与确定
计划一:
文氏桥的振荡原理:
正反馈RC网络与反馈支路组成桥式反馈电路.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.实际操纵时,如果要知足振荡条件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.调试艰苦.RC串、并联选频电路的幅频特性不合错误称,且选择性较差.因此废弃计划一.
计划二:
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,就组成三角波产生器和方波产生器.比较器输出的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,这样即可组成三角波和方波产生器.
通过低通滤波把三角波转换成正弦波是在三角波电压为固定频率或频率变更规模很小的情况下使用.然而,指标要求输出频率分离为102HZ、103HZ和104Hz.因此不知足使用低通滤波的条件.废弃计划二.
计划三:
方波、三角波产生器原理如同计划二.
比较三角波和正弦波的波形可以发明,在正弦波从零逐渐增大到峰值的进程中,与三角波的不同越来越大;即零邻近的不同最小,峰值邻近不同最大.因此,依据正弦波与三角波的不同,将三角波分成若干段,按不合的比例衰减,就可以得到近似与正弦波的折线化波形.并且折线法不受频率规模的限制.
综合以上三种计划的优缺点,最终选择计划三来完成本次课程设计.
(3)工作原理:
1、方波、三角波产生电路原理
该电路由滞回比较器和积分器组成.图中滞回比较器的输出电压
,它的输入电压就是积分电路的输出电压u02.则U1A的同相输入端的电位:
令up=un=0,则阀值电压:
;积分电路的输入电压是滞回比较器的输出电压u01,并且不是+Uz,就是-Uz,所以输出电压的表达式为:
;设初态时u01正好从-Uz跃变到+Uz,则:
,积分电路反向积分,u02随时间的增长线性下降,一旦u02=-Ut,在稍减小,u01将从+Uz跃变成-Uz,使式变成:
,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跃变成+Uz,回到初态.电路重复上述进程,因而产生自激振荡.由上剖析,u01是方波,且占空比为50%,幅值为
;u02是三角波,幅值为
.取正向积分进程,正向积分的起始值-Ut,终了值+Ut,积分时间为T/2,代入
,得
,式中
,整理可得:
.
2、正弦波产生电路原理
折线法是用多段直线迫近正弦波的一种办法.其根本思路是将三角波分成若干段,分离按不合比例衰减,所获得的波形就近似为正弦波.下图画出了波形的1/4周期,用四段折线迫近正弦波的情况.图中UImax为输入三角波电压幅值.依据上述思路,可以采取增益自动调节的运算电路实现.应用二极管开关和电阻组成反馈通路,随着输入电压的数值不合而转变电路的增益.
在ωt=0°~25°段,输出的“正弦波”用此段三角波近似(二者重合),因此,此段放大电路的电压增益为1.由于ωt=25°时,尺度正弦波的值为,这里uO=uI=25/,所以,在ωt=90°时,输出的“正弦波”的值应为/.
在ωt=50°时,输入三角波的值为uI=50/,要求输出电压,可得在25°~50°段,电路的增益应为ΔuO/ΔuI=()/().
在ωt=70°时,输入三角波的值为uI=70/,要求输出电压,可得在50°~70°段,电路的增益应为ΔuO/ΔuI=()/().
在ωt=90°时,输入三角波的值为uI=UImax,要求输出电压,可得在70°~90°段,电路的增益应为ΔuO/ΔuI=()/().
下页图所示是实现上述思路的反相放大电路.
图中二极管D3~D5及相应的电阻用于调节输出电压u03>0时的增益,二极管D6~D8及相应的电阻用于调节输出电压u03<0时的增益.
电路的工作原理剖析如下.当输入电压时,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的阻值均为1kΩ.当ωt=25°~50°时,电压增益为,要求D1导通,则应知足:
,解出R13Ω.由于在ωt=25°这一点,D1开端导通,所以,此时二极管D1正极电位应等于二极管的阈值电压Vth.由图可得:
式中u03是ωt=25°时输出电压的值,即为.取UImax=10V,,则有
解出R14=kΩ.电阻取尺度值,则R132kΩ,R14=kΩ.其余剖析如上.
需要说明,为使各二极管可以或许工作在开关状态,对输入三角波的幅度有一定的要求,如果输入三角波的幅渡过小,输出电压的值缺乏以使各二极管依次导通,电路将无法正常工作,所以上述电路采取比列可调节的比例运算电路(U3A模块)将输出的三角波的幅值调至
.
(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的器件U1A的转换速率SR有关,因此当输出方波的重复频率较高时,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的选择:
积分运算电路的积分误差除了与积分电容的质量有关外,主要事集成放大器参数非幻想所致.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,开环带较宽的运算放大器.
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高的运算放大器.
经由芯片资料的查询,TL082双运算放大转换速率SR=14V/us.相符各项指标要求.
②选择稳压二极管
稳压二极管Dz的作用是限制和确定方波的幅度,因此要依据设计所要求的方波幅度来选稳压管电压Dz.为了得到对称的方波输出,通常应选用高精度的双向稳压管
③电阻为1/4W的金属薄膜电阻,电位器为周详电位器.
④电容为普通瓷片电容与电解电容.
(5)仿真与调试
按如下电路图衔接
衔接完成后仿真,仿真组图如下
仿真完成后开端焊接电路,焊接完成后开端调试,调试组图如下:
.
(5)总结
该设计完全知足指标要求.
第一:
下限频率较高:
70hz.
原因剖析:
电位器最大阻值和相关电阻阻值的参数不准确.
改良:
用阻值周详电位器和电阻.
第二:
正弦波在10000HZ时,波形已变坏.
原因剖析:
折线法中各电阻阻值不精准,TL082CD不知足参数要求.
改良:
采取精准电阻,用NE5532代替TL082CD..
(6)心得体会
“失败乃成功之母”.从始时的调试到最后完成课程设计阅历了多次失败.不克不及中途而废,永不废弃的精力在自己选择的道路上保持走下去!
在这次设计进程中,体现出自己单独设计的才能以及综合运用知识的才能,体会了学以致用.并且从设计中发明自己平时学习的缺乏和单薄环节,从而加以填补.时,这次模仿电子课程设计也让我认识到以前所学知识的不深入,基本不敷扎实,以致于这次在设计电路图的时候,需要重复翻阅教材的知识.我深深知道了知识连贯运用的重要性.
(7)参考书目:
1、童诗白、华成英,《模仿电子技巧基本》
2、吴慎山,《电子技巧基本实验》
3、周誉昌、蒋力立,《电工电子技巧实验》
4、广东工业大学实验教授教养部,《Multisim电路与电子技巧仿真实验》
(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、U4B
TL082CD
2
稳压管
D1D2
1N4742A
2
二极管
D3D4D5D6D7D8
1N4007
6
电解电容
C1
100UF
1
瓷介电容
C2
100NF
1
电位器
R8
500K
1
R12
100K
1
金属膜电阻
R1R3R4R5R9R10
10K
6
R2
100K
1
R7
240
1
R6R11
1K
1
R14R19
2
R13R20
2
R15R21
2
R16R22
2
R17R23
649
2
R18R24
226
2
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