文档介绍：函数信号发生器设计
函数信号发生器的设计
摘要:本文函数信号发生器的设计以555定时器组成的多谐振荡器为核心。主要思路是多谐振荡器在接通电源后能自行产生矩形波,方波通过积分电路将转变为三角波,三角波再经积分网络转变为正弦波,通过调节电路中相关电阻电容值可以改变占空比等波形参数,最终得到较好的波形。总电路使用软件Multisim进行仿真,通过软件自带示波器观察最后所得到的波形,并通过失真分析仪研究波形失真度。
关键词:函数信号发生器;多谐振荡器;Multisim
1)、在给定的+6V直流电源电压条件下,使用555芯片和运算放大器设计并制作一个多波形(方波、三角波和正弦波)发生器
2)、信号频率f:~ (实现频率可调)
3)、信号周期T:874us~
4)、输出电压峰峰值:方波:2V≤Vp-p≤5V
三角波:220mv≤Vp-p≤340mv
正弦波:4mv≤Vp-p≤14mv
2电路原理及主要元器件介绍
本次设计采用555定时器组成多谐振荡器,在接通电源后自行产生矩形波,通过积分电路将矩形波转变为三角波,再经积分网络转变为正弦波。具体示意图如图1所示。
方波
正弦波
三角波
多谐振荡器
积分电路积分电路
图1 波形转换示意图
555芯片介绍
555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路,可以将输入的模拟信号变化为一定的数字信号输出,因而广泛应用于生产实践的各个领域。它不仅用于信号的产生和变换,还常用于控制和检测电路中。
555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1和C2、由两个与非门G1和G2组成的基本RS触发器(低电平触发)、放电三极管T以及输出反相缓冲器G3组成,其内部结构图如图2所示。
图2 555定时器内部结构图
引脚功能:
Vi1(TH):高电平触发端,简称高触发端,又称阈值端,标志为TH。
Vi2():低电平触发端,简称低触发端,标志为。
VCO:控制电压端。
VO:输出端。
Dis:放电端。
:复位端。
555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络,两个基准电压;两个电压比较器C1、C2;一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器(低电平触发);放电三极管T和输出反相缓冲器G3。
是复位端,低电平有效。复位后, 基本RS触发器的端为1(高电平),经反相缓冲器后,输出为0(低电平)。
分析555定时器的内部电路图可知:端和地之间加上电压,并让VCO悬空,, ,为了学****方便,我们规定:
当TH端的电压>VCC时,写为VTH=1,当TH端的电压<VCC时,写为VTH=0。
当端的电压>VCC时,写为VTR=1,当端的电压<VCC时,写为VTR=0。
1)低触发:当输入电压Vi2<VCC 且Vi1<VCC时,VTR=0,VTH=0,比较器C2输出为低电平,C1输出为高电平,基本RS触发器的输入端=0、=1,使Q=1,=0,经输出反相缓冲器后,VO=1,T截止。这时称555定时器“低触发”。
2)保持:若Vi2>VCC 且Vi1<VCC,则VTR=1,VTH=0,==1,基本RS触发器保持,VO和T状态不变,这时称555定时器“保持”。
3)高触发:若Vi1>VCC,则VTH=1,比较器C1输出为低电平,无论C2输出何种电平,基本RS触发器因=0,使=1,经输出反相缓冲器后,VO=0;T导通。这时称555定时器“高触发”。
VCO为控制电压端,在VCO端加入电压,可改变两比较器C1、C2的参考电压。正常工作时,(电容量标记为103)电容。放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。555定时器的控制功能说明如表1所示。
表1 555定时器控制功能表
输入
输出
TH
VO
Dis
×
×
L
L
导通
<VCC
<VCC
H
H
截止
<VCC
>VCC
H
不变
不变
>VCC
×
H
L
导通
555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列如图3所示。
图3(a) 555定时器内部电路框图图3(b) 555定时器管脚排列
3电路原理图
如下图所示电路可同时产生方波、三角波、正弦波并输出。其中555定时器接成多谐振荡器工作形式,C2为定时电容,C2的充电回路是R2→R3→RP→C2;C2的放电回路是C2→RP→R3→IC的7脚(放电管)。由于R3+RP>>R2,所以充电时间常数与放电时间常数近似相等,由IC的3脚输出的是近似对称