EDA非正弦波发生器.docx
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EDA非正弦波发生器
摘要
在很多电子设备和仪器生产的生产和调试过程过程中,都需要用到函数信号发生器。
通常把能产生正弦和非正弦信号的设备或电路称为函数信号发生器。
函数信号发生器可以由专用继承电路来实现,也可以由集成运放为核心来构成。
波形发生器在测量、通信、自动控制、和计算技术等领域中有着广泛的应用,其中包括正弦波震荡器和非正弦波形发生器。
这里就介绍几种运放组成的非正弦信号发生器。
关键字:
非正弦信号,集成运放,三角波。
一绪论
1.1设计目的和意义
1.1.1目的
本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法,通过电路图设计和分析实现方波、矩形波、三角波的仿真,并且对三角波电路进行实物仿真。
1.1.2意义
熟练掌握电子系统的一般设计方法模拟IC器件的应用,培养综合应用所学知识来指导实践的能力掌握常用元器件的识别和测试,熟悉常用仪表,了解电路调试的基本方法。
1.1.3设计指标
1.设计、组装、调试函数发生器
2.输出波形:
正弦波、方波、三角波;
3.输出电压:
方波UP-P≤15V,三角波UP-P=8V,正弦波UP-P>1。
二函数发生器系统设计
2.1系统工作原理
2.1.1系统工作原理
用正弦波发生器产生正弦波信号,然后用过零比较器产生方波,再经过积分电路产生三角波,其电路框图如下图所示。
RC桥式正弦振荡电路
RC桥式正弦振荡电路如图所示。
其中R1、C1和R2、C2为串、并联选频网络,接于运算放大器的输出与同相输入端之间,构成正反馈,以产生正弦自激振荡。
R3、RW及R4组成负反馈网络,调节RW可改变负反馈的反馈系数,从而调节放大电路的电压增益,使电压增益满足振荡的幅度条件。
为了使振荡幅度稳定,通常在放大电路的负反馈回路里加入非线性元件来自动调整负反馈放大电路的增益,从而维持输出电压幅度的稳定。
图中的两个二极管D1,D2便是稳幅元件。
当输出电压的幅度较小时,电阻R4两端的电压低,二极管D1、D2截止,负反馈系数由R3、RW及R4决定;当输出电压的幅度增加到一定程度时,二极管D1、D2在正负半周轮流工作,其动态电阻与R4并联,使负反馈系数加大,电压增益下降。
输出电压的幅度越大,二极管的动态电阻越小,电压增益也越小,输出电压的幅度保持基本稳定。
调整电阻RW(即改变了反馈Rf),使电路起振,且波形失真最小。
如不能起振,则说明负反馈太强,应适当加大Rf,如波形失真严重,则应适当减少Rf。
改变选频网络的参数C或R,即可调节振荡频率。
一般采用改变电容C作频率量程切换(粗调),而调节R作量程内的频率细调。
迟滞比较器的电路图如图所示。
该比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。
由于正反馈作用,这种比较器的门限电压是随输出电压V0的变化而变化。
在实际电路中为了满足负载的需要,通常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路,从而获得合适的VOH和VOL。
迟滞比较器迟滞比较器电压传输特性
由图可知:
电路翻转时:
VN≈VP=0
即得:
2.1.2方波和三角波发生器
由集成运算放大器构成的方波和三角波发生器,一般均包括比较器和RC积分器两大部分。
如图所示为由迟滞比较器和集成运放组成的积分电路所构成的方波和三角波发生器。
-
方波和三角波发生器电路
2.1.3方波和三角波发生器的工作原理
A1构成迟滞比较器,同相端电位Vp由VO1和VO2决定。
利用叠加定
理可得:
当Vp>0时,A1输出为正,即VO1=+Vz;当Vp<0时,A1输出为负,即VO1=-Vz。
A2构成反相积分器:
VO1为负时,VO2向正向变化,VO1为正时,VO2向负向变化。
假设电源接通时VO1=-Vz,线性增加。
当时:
可得:
当VO2上升到使Vp略高于0v时,A1的输出翻转到VO1=+Vz。
同样:
当VO2下降到使Vp略低于0时,VO1=-Vz。
这样不断的重复,就可得到方波VO1和三角波VO2。
其输出波形如图所示。
输出方波的幅值由稳压管DZ决定,被限制在稳压值±Vz之间。
电路的振荡频率:
方波幅值:
VO1=±VZ
三角波幅值:
V02=(R1/R2)VZ
调节RW可改变振荡频率,但三角波的幅值也随之而变化。
2.2器件选择
MC4558CD运算放大器,1N4740A二极管,R1为1千欧,R2为3.3千欧,R3为330欧,R4为4.7千欧,R5为1千欧,R6为4.7千欧。
三电路仿真测试
3.1方波电路仿真:
3.2矩形波电路仿真:
3.3三角波仿真电路:
3.4三角波PCB制版电路:
结论
为期一个星期的课程设计已经结束,在这一星期的学习、设计、焊接过程中我感触颇深。
使我对抽象的理论有了具体的认识。
通过这次课程设计,我掌握了常用元件的识别和测试;熟悉了常用的仪器仪表;了解了电路的连接、焊接方法;以及如何提高电路的性能等等。
其次,这次课程设计提高了我的团队合作水平,使我们配合更加默契,体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦。
在实验过程中,我们遇到了不少的问题。
比如:
波形失真,甚至不出波形这样的问题。
在老师和同学的帮助下,把问题一一解决。
实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题,有些理论知识还处于懵懂状态,通过认真查阅相关知识加固了对知识的理解。
还有就是在实验中,好多同学被电烙铁烫伤了,这不得不让我想起安全问题,所以在以后的实验中我们应该注意安全,让不必要的伤害减至最少。
还有值得我们自豪的一点就是我们的线路连得横竖分明,简直就是艺术啊,最后用一句话来结束吧。
“实践是检验真理的唯一标准”。
与君共勉。
参考文献
[1]童诗白主编.模拟电子技术基础(第三版).北京:
高教出版社,2001
[2]李万臣主编.模拟电子技术基础与课程设计.哈尔滨工程大学出版社,
2001.3
[3]胡宴如主编.模拟电子技术.北京.高等教育出版社,2000
致谢
通过对运放集成电路的函数波形产生我充分感觉到生活中对于知识应用的重要性,好的想法付出时间会带来一定的价值体现。
这次实践我学会了multisim仿真软件和protel软件的基本使用方法,收获了很多课堂上没有的知识。
在实践过程中同学之间相互帮助,都把自己最擅长的方面发挥出来,这更加坚固了我们之间的友谊。
特别致谢传授我们知识的老师,使他们的付出才有我们现在的成绩。
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