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课程设计——波形发生器

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课程设计——波形发生器

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１、概述

波形发生器就是一种常用得信号源,广泛地应用于电子电路、自动控制系统与教学实验等领域。函数信号发生器就是一种能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波)、正弦波得电路。函数信号发生器在电路实验与设备检测中具有十分广泛得用途。通过对函数波形发生器得原理以及构成分析,可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波得函数波形发生器。本课程采用采用ＲＣ正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成得正弦波—方波—三角波函数发生器得设计方法。先通过ＲＣ正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波,最后通过积分电路形成三角波。

2.设计方案

采用ＲC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成得正弦波—方波—三角波函数发生器得设计方法。先通过RC正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波,最后通过积分电路形成三角波。文氏桥振荡器产生正弦波输出,其特点就是采用RC串并联网络作为选频与反馈网络,其振荡频率f=1/2πRＣ、改变RC得值,可得到不同得频率正弦波信号输出。用集成运放构成电压比较器,将正弦波变换成方波输出。用运放构成积分电路,将方波信号变换成三角波。

原理框图如图２-1

文氏桥振荡器方波形成电路三角波形成电路频率选择控制

文氏桥振荡器

方波形成电路

三角波形成电路

频率选择控制

直流电源

3、设计原理

3、1正弦波产生电路

正弦波由ＲＣ桥式振荡电路（如图3-1所示),即文氏桥振荡电路产生。文氏桥振荡器具有电路简单、易起振、频率可调等特点而大量应用于低频振荡电路。正弦波振荡电路由一个放大器与一个带有选频功能得正反馈网络组成。其振荡平衡得条件就是AF＝1以及ψa+ψf=２nπ。其中A为放大电路得放大倍数,F为反馈系数。振荡开始时,信号非常弱,为了使振荡建立起来,应该使AF略大于1。

放大电路应具有尽可能大得输入电阻与尽可能小得输出电阻以减少放大电路对选频特性得影响,使振荡频率几乎仅决定于选频网络,因此通常选用引入电压串联负反馈得放大电路。正反馈网络得反馈电压Uf就是同相比例运算电路得输入电压,因而要把同相比例运算电路作为整体瞧成电路放大电路,它得比例系数就是电压放大倍数,根据起振条件与幅值平衡条件有

(Rf=R2+Ｒ１/／Ｄ1//Ｄ2)

且振荡产生正弦波频率

图中D１、D２得作用就是,当Vｏ1幅值很小时,二极管D1、D2接近开路，近似有Rf＝９、１K＋２、7K＝11、８K,,Av=1+Rf/R1=3、３＞＝３，有利于起振;反之当Vo得幅值较大时,D1或D2导通,Rf减小，Av随之下降,Ｖo1幅值趋于稳定。

3-１正弦波产生电路

3、2正弦波——方波产生电路

如图，Vo1为正弦信号输入，经过迟滞比较器ｕ2后输出方波Vo２。电路工作原理:运放同相端接基准电压，即U+=０，反相端输入电压Vo1,Ｒ８称为平衡电阻。当比较器得U＋=U－=０时，输出Vo2从高电平跳到低电平,或从低电平跳到高电平。此时

由于Ｖｏ2=±Ｖz,可得上、下门限电压为

正弦波输入信号Ｖo1在上升到Ｖｔ+之前，Ｖｏ２保持不变,超过Vｔ+后Ｖo2翻转,直到Vo1下降到Vt－,Vo2再翻转,如此反复便形成Vｏ２方波输出。

图3-2正弦波——三角波产生电路

3、３方波——三角波变换电路

图3－3方波——三角波变换电路

此电路由反相输入得过零比较器与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、放电实现输出状态得自动转换。设某一时刻输出电压Uo=＋Uz,则同相输入端电位Uｐ＝＋UT。Uo通过Ｒ３对电容C正向充电,如图中实线箭头所示。反相输入端电位ｎ随时间t得增长而逐渐增高,当t趋于无穷时,Un趋于＋Ｕz;但就是,一旦Ｕn≥０，Ｕo从+Uｚ跃变为－Uz，与此同时Ｕｐ从+Ut跃变为-Ut。随后，Uo又通过R３对电容C反向充电,如图中虚线箭头所示。Un随时间逐渐增长而减低,当t趋于无穷大时，Ｕｎ趋于－Uｚ；但就是,一旦Un≤0,Uo就从-Uz跃变为+Uz,Up从－Ｕt跃变为+Ut,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。

±UT＝±Ｒ2∕（Ｒ6+ＲW)Ｕ02mT=2R6(Ｒ6+RW)C3∕R７

运放得反相端接基准电压，即U－=０,同相输入端接输入电压Uｉa,R6称为平衡电阻。比较器得输出Uo１得高电平等于正电源电压＋Vｃc,低电平等于负电源电压-Veｅ(|+Vcc|＝|-Ｖee|),当比较器得U＋=Ｕ-＝0时，比较器翻转,输出Uo1从高电平跳到低电平－