方波三角波的设计.doc

黄河科技学院课程设计说明书用纸 PAGE13 / NUMPAGES13 《方波—三角波发生器》 课程设计说明书 院（系）名称工学院机械系 专业名称电气及其自动化 学号090128026 学生姓名毕春杭 指导教师穆国华 成 绩 日期2001.06.18 目 录 前言……………………………………3 电路方案的选择和分析………………3 电路的设计……………………………4 图纸的绘制……………………………8 电路板的制作与调试…………………10 心得体会………………………………11 参考文献………………………………………12 前言 函数发生器是指能自动产生正弦波、方波、三角波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种(正弦波、方波、三角波)或多种波形(正弦波、方波、三角波及锯齿波、阶梯波)的函数发生器，使用的器件可以是分立器件（如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片函数发生器模块ICL8038）,或者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。 本设计介绍了波形发生器的制作和设计过程，并根据输出波形特性研究该电路的可行性，在此基础上设计了一种能产生方波三角波、方波的模拟电路，包括原理图和pcb图。该电路主要有积分器、比较器、ua741运算放大器，并通过双频示波器来确定各种波形的幅值及可调频率的上线和下限。 重点阐述了发生器的电路结构及工作原理，分析了电路的制作和工作过程，并进行调试，验证结果证明设计电路的可行性。 二.电路方案的选择和分析 用模拟电路实现函数发生器，有这样两种电路方式：一是用振荡器产生正弦波，然后用过零比较器产生方波，再通过积分电路产生三角波。这种电路结构简单，并具有良好的正弦波和方波。但要 通过积分电路产生同步的三角波信号，存在较大难度，原因是积分电路的积分时间常数通常是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度将同时改???。若要保持三角波的输出幅度不变，则必须同时改变积分时间常数的大小。要实现这种同时改变参数的要求，实际上非常困难。 另一种电路方式是先用迟滞比较器和积分电路组成方波-三角波电路，然后通过函数转换电路，将三角波转换成正弦波。这种电路在一定频率范围内，具有良好的三角波和方波信号，而正弦波信号的质量与函数转换电路的形式有关。 这里我们选用第二种电路方式，根据振荡及波形变换原理，设计一个产生方波-三角波信号的函数发生器。其电路组成框图如下所示。 方波 三角波 函数转换电路正 积分电路 迟滞比较器→ 正弦波 三．电路的设计 1)性能指标 输出频率范围：100Hz—1KHz，1—10KHz 输出电压峰-峰值：方波UP-P=12V,三角波UP-P=6V 2)实验原理解析 方波-三角波产生电路由迟滞比较器和积分器组成，即把迟滞比较器积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，电路图如下所示，左侧元器件为比较器A1，右侧为积分器A2。比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得三角波，三角波又触动比较器自动翻转形成方波，这样就构成方波-三角波产生电路。运算放大器A1与R1、R2、R3及RP1组成一个电压比较器，C1称为加速电容，可加速比较器的翻转。电压比较器的同相输入端接积分器A2的输出，R1称为平衡电阻；电压比较器的反相输入端接基准电压,图b）为方波—三角波产生电路输出波形图。由于采用运放组成的积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。 a)原理图 ｂ）工作波形 利用叠加原理，可得运放A同相输入端的电压为 up=R2R2+R3+Rp1uo1+R3+Rp1R2+R3+Rp1uo２ 当up=0时，比较器A1的状态反转翻转，这时 uo1=—UZ uo2= R2UZ/R3+RP1=UTH uo1= +UZ uo2= -R2UZ/R3+RP1=UTL 因此，三角波的峰—峰值为 Up-p= 2R2UZ/R3+RP1 由图b）可知，积分器输出电压uo2从UTL上升到UTH所需的时间，就是振荡周期T的一半，即在T/2时间内，uo2的变化量为Up-p，根据积分电路的运算关系可得 2R2R3+Rp1Uz=1R4+Rp2C20T2Uzdt 由此可得振荡周期T为 T=4R2R4+Rp2C2R3+Rp1 因此可得方波三角波的频率为 ｆ＝１Ｔ=Ｒ３+Ｒｐ１４Ｒ２（Ｒ４+Ｒｐ２） 由f和U02的