幅度频率可调的锯齿波发生器.docx
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幅度频率可调的锯齿波发生器
第1章幅度频率可调的锯齿波发生器设计方案论证
1.1幅度频率可调的锯齿波发生器应用意义
在我们日常生活中,以及一些科学研究中,锯齿波是常用的基本测试信号。
在无线电通信,测量,自动化控制等技术领域广泛地应用着各种类型的信号发生器此外,如在示波器、电视机等仪器中,为了使电子按照一定规律运动,以利用荧光屏显示图像,常用到锯齿波产生器作为时基电路。
例如,要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形,要求在水平偏转板加上随时间作线性变化的电压一一锯齿波电压,使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。
而电视机中显像管荧光屏上的光点,是幕磁场变化进行偏转的,所以需要要用锯齿波电流来控制。
因此锯齿波发生器是我们在学习,科学研究等方面不可缺少的工具。
1.2幅度频率可调的锯齿波发生器设计的要求及技术指标
设计要求:
1.现设计并制作能产生锯齿波波形信号输出的函数发生器。
2.设计电路所需的直流稳压电源。
技术指标:
1.输出的波形工作频率范围0.02Hz〜1kHz连续可调
2.方波幅值±10V。
3.波峰峰值20V;各种输出波形幅值均连续可调。
1.3设计方案论证
方案
(一)
设计一个集成电路,可以直接对其进行调频调幅。
集成电路是一种釆用特殊工艺,将晶体管、电阻、电容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件。
这种电路的性能好,而且使用能力强,工作范围大。
但是这种电路大多釆用集成元件,成本较高。
并且它的工艺要求较高,焊接等技术要求都很高。
因此不易选择此设计方案。
方案
(二)
设计一个锯齿波发生器和一个稳压源。
锯齿波发生电路需要同相输入迟滞
比较器和充放电时间常数不等的积分器构成。
锯齿波发生器
厂迟滞丄较湍]fR充放尬时间术
等的枳分器
锯齿波比较器作用是将输入信号的电平进行比较,然后把比较的结果输出。
稳压源f电源变压器一整流电路一滤波电路f稳压电路
这种设计基于电路简单,性能较为良好,器件选择灵活,并且器件价格便宜。
因此本次设计选择此方案。
1・4总体设计方案框图及分析
输出
直流稳压电路
N
,锯齿波发生电路
锯齿波
V
图i.o总体设计分析框图
分析:
设计锯齿波发生电路来产生方波幅值±10V和波峰峰值20V的锯齿波,并且可以调解输出波形的频率在0.02Hz〜1kHz之间,锯齿波发生电路中的迟滞比较器是需要直流稳压电源供电,因此还需要一个稳压电路来提供电压工作。
第2章幅度频率可调的锯齿波发生器各单元电路设计
2.1幅度频率可调锯齿波电路设计
发生器的电路如图1・1所示,
锯齿波发生电路山同相输入迟滞比较器(A1)与充放电时间常数不等的积分器(A2)两部分构成。
两部分图如下:
图1.1.a同向输入迟滞比器
图1.1.b充放电时间常数不等的积分回路
R3
10kOhm/50%
因l.1需齿波发生器电歸勿
2.2直流稳压源电路设计
在此设计的直流稳压源选择了使用继承稳压元器件。
山于锯齿波电路中的迟滞比较器(A1)与积分器(A2)都是双电源供电,因此我们需要LM317与LM337o与78xx和79xx相比输出电压的调节范围大,并且LM337与LM317外接的元件很少。
LM317集成稳压电路图1.2o
M317是常见的可调集成稳压器,最大输出电流为2.2A,输出电压范圉为1.25-37Vo其接法如下:
D1
1,2脚之间为1.25V电圧基准。
为了保证稳压器的输出性能,R1应小于
240Qo改变R2阻值即可调整稳压电压值。
DI,D2的作用是用于保护LM317。
(2-1)
LM337稳压器是与LM317对应的负压三端可调集成稳压器,它的工
作原理和电路结构与LM317的相似。
第3章幅度频率可调的锯齿波发生器整体电路设计
3.1整体电路图及工作原理
整体电路图如图1.3:
工作原理:
直流稳压源接通电源,在LM317和LN337为核心的稳压电路正常工作供电,接通开关S1和S2。
锯齿波发生电路中,当匸0时电源接通,有Vol=-Vz,则-Vz经向充电,使输出电压按接线规律增长。
当Vol上升到门限电压Tt使Vpl=Vnl,比较器输出Vol由-Vt上跳到+Vt,同时门限电压下跳到Vt-值。
以后Vol=+Vz经R6和D、R5两支路向C反向充电,由于时间常数减小,Vo迅速下降到负值。
当Vo下降到下门限电压V卜使Vpl^Vnl时,比较输出Vol乂由+Vz下跳到负值。
如此周而复始,产生振荡。
山于电容C的正向与反向充电时间常数不相等,
输出波形V。
为锯齿波电压,Vol为矩形波电压,如图1.4所示。
图1.4Vol、Vo波形图
3.2电路参数计算
锯齿波发生电路中R5=R6=R7=10k,R4=10k,ll|公式(1-1)及要求的方波幅值±10V,波峰峰值20V,即Vom=20.这样稳压管应使得Vth=10Vo并且
R3=2皿~10Q。
曲公式(1-2)及输出的波形工作频率范RI0.02HZ〜1kHz连续可调,且公式中其它见参数已定,WljR8max=200ko
直流稳压电路中Rl=200Q,其输出电压可调,曲公式(2-1)及锯齿波发生器中的比较器741工作电压为±16
1.25*%-1
R2max=用~6k
山于设讣的是一个可调的直流稳压源,因此在变位器的阻值范围内可以供给锯齿波电路正常的工作。
3.3整机电路性能分析
左端上下各为两个直流稳压电源,它们核心器件为LM337与LM317。
他们内部电路有比较放大器、偏置电阻、恒流源和带隙基准电压。
能够提供稳定的输出电压,能够带动锯齿产生电路中的比较器正常工作,性能稳定。
锯齿波发生电路山同相输入迟滞比较器(A1)与充放电时间常数不等的积分器(A2)两部分构成。
能够长时间稳定提供锯齿波。
比较器的电路简单、灵敬度高,但抗干扰能力差。
但是迟滞比较器的抗干扰能力大,虽然它的灵敬度差,但两者互补,大大改善单路性能。
第4章电路仿真
4.1电路仿真图
1.锯齿波发生器电路仿真图
图1・5锯齿波发生器电路仿真图
2•整体电路仿真图
1.6整体电路仿真图
为满足锯齿波o—10V幅度可调以及调试的方便,我们取的R2为6kQ可调滑动
变阻器,Rl=200Q,稳压管的幅度为5v。
4.2电路仿真的实验结果分析
电路中采用的是虚拟器件,因此有可能影响仿真结果,山图1・6可知,仿真时锯
齿波的最大幅度可达11.2v,比理论值稍大。
仿真结果同预期结果大体相同。
第5章课程设计总结
本次课设设讣了幅度可调的锯齿波发生器,主要研究改变发生器的频率,观察复幅值的变化,用集成运算放大器实现的锯齿波发生器电路基本上符合了要求;电路优点:
它不仅电路简单,器件选择灵活,而且性能较好,市场价格便宜。
电路的不足之处:
电路中通过&引入了深度的负反馈,以保证集成运放工作在线性区,在线性区内,差模输入电压的范围特别小,这就限制了集成运放输入电压的幅度,如果想得到更大幅度的锯齿波,则不宜采用这种电路。
此外,电路中采用了滑动变阻器,在对电路精度要求严格的场合下,不适合采用此电路。
通过这次课程设汁,我不仅把知识融会贯通,而且丰富了大脑,同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识,开拓了视野,认识了将来的发展方向,使自己的专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。
通过这次亲手设讣幅度频率可调锯齿波发生器我乂一次复习了一学期来所学的知识,尤其是对信号产生电路有了更深刻的理解,同时我也意识到自己所学的不足,在今后的学习中我将继续努力。
参考文献
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附录
附录1-总体电路图
图1・3整休电路图
附录2-器件清单
元件序号
器件名称
元件名称
型号/标称值
数量
1
稳压二极管
IN4740A
4支
2
二极管
D1N4001
5支
3
三端可调式集成稳压器
LM317
1支
4
比较器
741
2支
5
电容
100uf
1支
6
1uf
2支
7
电解电容
1yf
2支
8
变位器
R2
6K
1支
9
R3
10K
1支
10
R8
200K
1支
11
R11
6K
1支
12
电阻
R4
10K
1支
13
R5
10K
1支
14
R6
10K
1支
15
R7
10K
1支
16
R9
10K
1支
17
R10
6K
1支
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