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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 任意波形发生器的设计第一部分 设计内容一、任务利用运算放大器设计并制作一台信号发生器,锯齿波等信号,其系统框图如下列图；二、要求 1 不使用单片机,实现以下功能：能产生正弦波、 方波、三角波、（1）至少能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波四种周期性波形；在示波 器上可以清晰地看清晰每种波形；20 分（2）输出信号的频率可通过按钮调剂； （范畴越大越好） 20 分（3）输出信号的幅度可通过按钮调剂； （范畴越大越好） 20 分（4）输出信号波形无明显失真；10 分（5）稳压电源自制； 10 分（6）其他 2 种扩展功能； 20 分参数调整信号产生信
2、号放大信号输出信号发生器系统框图 稳压电源其次部分 方案比较与论证方案一、以 555 芯片为核心,分别产生方波,三角波,锯齿波,正弦波电路配置如图 1所示 VCC 6VLED1C4 100uFR14RST8OUTU1R4C7R5R7C6VCCC51k3R3 510R27DISGND10uF10k2k2k6THR2TRI62k 5CONR620k 50%Key=BC3C11LMC555CNC8470nF100nF100nF10nF10nFIC=0VIC=0VIC=0VIC=0VIC=0V图 1 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - -
3、 - - 此方案较简洁,但是产生的频率不够大最终输出正弦波时,信号受干扰大；方案二由简洁的分立元件产生,可以利用晶体管、三角波,正弦波的产生；LC 振荡回路,积分电路的实现方波此方案原理简洁但是调试复杂,受干扰也严峻；方案三、采纳集成运放如（ LM324）搭建 RC文氏正弦振荡器产生正弦波,正弦波 的频率,幅度均可调,再将产生的正弦波经过过零比较器,实现方波的输出,再 由方波到三角波和锯齿波；此方案电路简洁, 在集成运放的作用下, 可以较简洁的测到所需的波形；通过调整参数可以得到较完善的波形；实际设计过程采纳方案三,基本原理如图2 所示三角波正弦波方波通过转变积分电路的充放 电时间可以输出锯齿
4、波；正弦波过零2）积分器发生器比较器基本设计原理框图（图第三部分：电路原理及电路设计电路的构成：1、正弦波3）, RC 串并联网络是正反馈网络,Rf 和 R1 为负采纳 RC 桥式振荡器（如图反馈网络；图（ 3）名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 为满意振荡的幅度条件 |AF|=1,所以 Af3；加入 Rf、R1 支路,构成串联电压负反馈；当电路达到稳固平稳状态时：A V3F VV f1ff021V o3 RC由以上原理可设计出产生正弦波的电路图：D1DIODE_VIRTUALD2R550%DIODE_VIRTUALA
5、XSC1GKey = A R4V14.7kOhm BT12 V R134U1A4.7kOhm 12R2R311LM324AJV2C112 V 15kOhm C210kOhm 0.01uF 0.01uF 图 4 其中 R4 为小电阻,只要满意R4+R5 略大于 2R1 使|A F|1,电路便可起振,随着输出的增大 A 自动降到 |AF|=1,使得输出稳固在某一值；通过调整并串谐振网络中的电阻阻值（满意ff021）便可调整输出频率的范畴； RC为了使振荡幅度稳固, 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, 从而维护输出电压幅度的稳固； 图中的两个二极 管 D1,
6、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打算；当输出电压的幅度增加到 肯定程度时,二极管 D1、D2在正负半周轮番工作,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固；为了维护振荡输出,必需让名师归纳总结 1R f3第 3 页,共 7 页R3- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 为了保证电路起振,1 R f3 R fR 3当：R1=R2=R,C1=C2=C时,电路的振荡频率：起振
7、的幅值条件：R f2R 3 1f2 RCR WR 4/rD2、方波的设计原理三、方波、三角波电路原理 V NV 01ZR W50KC0.022FV 02R3A2V PA11KR1 10KR2DV Z20K名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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打算；利用叠加定理可得：R 1 R 2VP V 01R 2 R 1 R 2 R 1V02当 Vp0 时, A1 输出为正,即 VO1 =-Vz；A2构成反相积分器VO1 = +Vz；当 Vp0 时,A
8、1 输出为负即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：V02R 2R1VZ时,可得：R 1V Z0R2V PR 1V ZR 2R 1R 2R 1R 2当 VO2上升到使 Vp略高于 0V时,A1 的输出翻转到 VO1=+Vz；同样：V 02 R 1V Z 时R 2当 VO2下降到使 Vp略低于 0 时, VO1 =-Vz ；这样不断的重复,就可以得到t方波 VO1和三角波 VO2；其输出波形如图5 所示；输出方波的幅值由稳压管DZ打算,被限制在稳压值Vz之间；电路的振荡频率：f04RR2WC1R方波幅值：V01
9、 = V ZV 0三角波幅值： = V 02R R1V ZV Z2R V R 2Z调剂R W可转变振荡频率,但三角波的幅值也随之而变化；名师归纳总结 图 5 三角波发生器波形图R V ZR 2第 5 页,共 7 页V Z- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - LM324是四运放集成电路,它采纳 14 脚双列直插塑料封装,外形如左图所示； 它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立；每一组运算放大器可用图 3-1 所示的符号来表示,它有 5 个引出脚,其中“+” 、“ - ” 为两个信号输入端, “ V+” 、“ V-” 为正、负
10、电源端,“ Vo”为输出端；两个信号输入端中,Vi- （- ）为反相输入端,表示运放输出端 Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端,表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同；LM324的引脚排列见图 3-2 ；图 3-1图 3-2 图 3-3 各对应管脚由于 LM324四运放电路具有电源电压范畴宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点,因此被广泛应用在各种电路中；如图3-3 各对应管脚；第四部分：电路测试与数据记录内容正弦波方波三角波锯齿波波形幅度 范畴频率 范畴第五部分：测试结果分析与总结简洁波形发生器设计, 看上次简洁实际设计起来仍是遇到很多麻烦；设计之 初我
11、们复习和查阅了相关资料, 包括如何运用集成运放来产生波形,先产生什么 波形,怎样应用积分电路, 怎样用运放来放大所需要的电路,如何设计滤波可以 使这些波形更好看等等；并初步对电路进行设计,并运用了 Multisim10 仿真软 件对设计的电路进行仿真,通过修改参数最终仿真出的结果符合最初设想的电 路；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 接着我们把理论付诸实践, 把焊好的电路板拿到试验室测试,结果显现了许多错误,我们一一排除,在每个模块都输出了基本波形,但是波形都不好看,我们就通过并联电容的方法来使波形更平滑；变化范畴不
12、大；电路基本达到要求但是总体测试频率最终我们把通过验证的电路做成 PCB,使电路更加稳固；总结此次设计,在我们小组成员的共同努力下,基本完成了正弦波、方波、三角波电路的设计与实现； 我们收成颇多；我们学会了基本电路功能和理论运算,查找相关资料,进行分析；附录D1DIODE_VIRTUAL*D2R1050%DIODE_VIRTUAL*Key = A R2V14.7kOhm 12 V R134U1A4.7kOhm 12R3R411LM324AJ*V2C3C112 V 10kOhm C210kOhm 0.01uF 0.01uF J122nF Key = CR8R534R6R7J2D5R93V5200kOhm 20kOhm V3DIODE_VIRTUAL*1kOhm 12 V U2AD6412 V U3A110kOhm 2111R11 Key = A DIODE_VIRTUAL* 50%211LM324AJ*1kOhm LM324AJ* V4V612 V D3D412 V 5 V 5 V Key = D名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页