文档介绍：电子技术基础课程设计报告
设计课题: 方波—正弦波—锯齿波函数信号发生器
专业班级: 计算机科学与技术本科班
学号: 201081010106
姓名: 车娟
指导教师: 吴小红
设计时间:
方波—三角波—正弦波函数信号发生器
1设计要求
、组装、调试方波、三角波、正弦波发生器。
:方波、三角波、正弦波;锯齿波
:-20KHz范围内且连续可调;
2方波、三角波、正弦波发生器方案与论证
电压比较器RC充放电反馈回路
方波
占空比可调
积分电路
锯齿波
积分电路
三角波
低频滤波
正弦波
比例放大电路,得到需要幅值;峰峰值的信号波
矩形波
图1 方波、三角波、正弦波、锯齿波信号发生器的原理框图
该发生器通过将滞回电压比较器的输出信号通过RC电路反馈到输入端,即可组成矩形波信号发生器。然后经过积分电路产生三角波,通过改变方波的占空比不仅可以得到锯齿波,还可得到额外的矩形波。三角波通过低通滤波电路来实现正弦波的输出。然后将各种信号通过比例放大电路得到需要幅值;峰峰值的信号波
该电路具有结构、思路简单,运行时性能稳定且能较好的符合设计要求,对原器件要求不高,且成本低廉、调整方便,
方波发生电路的工作原理
图2 方波信号发生原理
充放电波形
此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节,又作为反馈网络,通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压+Uz,,此时滞回电压比较器的门限电压为UTH2。输出信号通过R对电容C1正向充电,充电波形如图3箭头所示。当该电压上升到 UTH2时,电路的输出电压变为-UZ,门限电压也随之变为UTH1,电容C1经电阻R放电。当该电压下降到UTH1时输出电压又回到+Uz,电容又开始正相充电。上述过程周而复始,电路产生了自激振荡。
O
UTH1
UTH2
图3 方波信号发生波形
方波--三角波转换电路的工作原理
图4 积分电路产生三角波
根据RC积分电路输入和输出信号波形的关系可知,当RC积分电路的输入信号为方波时,输出信号就是三角波,由此可得,利用方波信号发生器和RC积分电路就可以组成三角波信号发生器。如图4
该电路的工作原理是:方波信号发生器输出的方波输入积分电路,在积分电路的输出端得到三角波信号。积分电路的输出端除了输出三角波信号外,,将三角波信号整形变成方波信号输出。该电路工作波形图如图5
图5 三角波
因为,该电路振荡信号的频率与三角波输出信号的幅度有关,所以要确定该电路的振荡频率,必须先确定三角波信号的输出幅度。三角波输出信号的幅度等于滞回电压比较器的阈值电压,根据叠加定理可求出滞回电压比较器的阈值电压为
u+=UOR1/(R1+R2)-UOR2(R1+R2)=u-=0
由此可得输出信号的幅度为:Uom=UTH=R1Uz/R2
设积分电路的输出电压从+Uom到-Uom所需要的时间为t,根据积分电路输出电压和输入电压的关系式可得
2Uom=uo1*t/(C*R4)
即t=2R4*C1*Uom/Uz=2R1*R4*C1/R2
因三角波信号的周期为2t,所以三角波输出信号的频率为
f=R2/(4R1*R4*C1)
--正弦波转换电路的工作原理
图6 三角波产生正弦波原理图
原理:采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。
图7 正弦波
方波—锯齿波转换电路的工作原理
图8 锯齿波产生原理图
三角波信号的特征是波形上升和下降的斜率相同,当波形上升和下降的斜率不同时,三角波就转化成锯齿波。根据这个特征,只要将图4的电路中的积分电路改成时间常数随方波输出极性而变化的电路,即可组成锯齿波信号发生器。图7中的二极管D3和D4的作用是改变积分电路的时间常数,当输入为+Uz时,D3导通,D4断开,积分电路的时间常数为R(8到12)C1;当输入为-Uz时,D3断,D4通,积分电路的时间常数为R(6到12)
T=t1+t2=2(R4+R5)R1C1/R2
波形图如图9
图9 锯齿波
图9 总电路图
图中S1开关可实现各种波形切换,滑动变阻器Rp2可实现不同频率调节,调节Rp1可实现方波占空比的调节,最主要的是可将三角波转换为锯齿波,调节Rp3可调节输出波形不同的幅值。
用Multisim10电路仿真软件进行仿真。