幅度频率可调的锯齿波发生器

1、第1章幅度频率可调的锯齿波发生器设计方案论证1.1幅度频率可调的锯齿波发生器应用意义在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波是常用的基本测试信号。在无线电通信，测量，自动化控制等技术领域广泛地应用着各种类型的信号发 生器此外，如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以 利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。例如，要在示波器 荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转板加上随时间作线性变化的电 压一一锯齿波电压，使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。而电视机中显像管 荧光屏上的光点，是幕磁场变化进行偏转的，所以需要要用锯齿波电流来控制。 因此锯齿波发生器是我

2、们在学习，科学研究等方面不可缺少的工具。1.2幅度频率可调的锯齿波发生器设计的要求及技术指标设计要求：1. 现设计并制作能产生锯齿波波形信号输出的函数发生器。2. 设计电路所需的直流稳压电源。技术指标：1. 输出的波形工作频率范围0. 02Hz1kHz连续可调2. 方波幅值±10V。3. 波峰峰值20V；各种输出波形幅值均连续可调。1.3设计方案论证方案（一）设计一个集成电路，可以直接对其进行调频调幅。集成电路是一种釆用特 殊工艺，将晶体管、电阻、电容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能 的器件。这种电路的性能好，而且使用能力强，工作范围大。但是这种电路大 多釆用集成元件，成本较

3、高。并且它的工艺要求较高，焊接等技术要求都很高。 因此不易选择此设计方案。方案（二）设计一个锯齿波发生器和一个稳压源。锯齿波发生电路需要同相输入迟滞比较器和充放电时间常数不等的积分器构成。锯齿波发生器厂迟滞丄较湍fR充放尬时间术等的枳分器锯齿波比较器作用是将输入信号的电平进行比较，然后把比较的结果输出。稳压源f电源变压器一整流电路一滤波电路f稳压电路将交流电变 成直流电将Uo的交 流成分滤除降压变压器稳左Uo这种设计基于电路简单，性能较为良好，器件选择灵活,并且器件价格便宜。因此本次设计选择此方案。14总体设计方案框图及分析输出直流稳压电路N，锯齿波发生电路锯齿波V图i.o总体设计分析框图分析

4、：设计锯齿波发生电路来产生方波幅值±10V和波峰峰值20V的锯齿 波，并且可以调解输出波形的频率在0.02Hz1kHz之间，锯齿波发生电路中的 迟滞比较器是需要直流稳压电源供电，因此还需要一个稳压电路来提供电压工 作。第2章 幅度频率可调的锯齿波发生器各单元电路设计2. 1幅度频率可调锯齿波电路设计发生器的电路如图11所示,锯齿波发生电路山同相输入迟滞比较器（A1）与充放电时间常数不等的积 分器（A2）两部分构成。两部分图如下：图1.1.a同向输入迟滞比器图1.1. b充放电时间常数不等的积分回路R310kOhm /50%R4WkOhmR7WkOhmC41OOuFcssl*10 k

5、Ohm200 k Ohm/5I%741因l. 1需齿波发生器电歸勿VoVi-VoiVpl=VzRR3 + R4 考虑到电路翻转时，有VnlVpl=0,即得DOVI=Vth=- VolR4山于Vol二土Vth,则可求出上、下门限电压和门限宽度为Vt+昌巾R4Rqvt二巾R4DOVt 二 vt+-vt-二 2 巾R4若忽略二极管的正向电阻，其振荡周期为T二T1+T2_ 2R3R8C 2/?3(/?8 II R7)C “1R2(1-1)R4R4.2R3R8C(R8 + 2R7)R4(R7 + R8)R4(R7 + R8)f=2R3R8C(R8 + 2R7)(1-2)2.2直流稳压源电路设计在此设计的

6、直流稳压源选择了使用继承稳压元器件。山于锯齿波电路中的 迟滞比较器（A1）与积分器（A2）都是双电源供电，因此我们需要LM317与 LM337o与78xx和79xx相比输出电压的调节范围大，并且LM337与LM317 外接的元件很少。LM317集成稳压电路图1.2oM317是常见的可调集成稳压器，最大输出电流为2.2A,输出电压范圉为 1.25-37Vo其接法如下：D11, 2脚之间为1.25V电圧基准。为了保证稳压器的输出性能，R1应小于240Qo改变R2阻值即可调整稳压电压值。DI, D2的作用是用于保护LM317。(2-1)LM337稳压器是与LM317对应的负压三端可调集成稳压器，它的

7、工作原理和电路结构与LM317的相似。第3章幅度频率可调的锯齿波发生器整体电路设计3. 1整体电路图及工作原理整体电路图如图1. 3：工作原理：直流稳压源接通电源，在LM317和LN337为核心的稳压电路正 常工作供电，接通开关S1和S2。锯齿波发生电路中，当匸0时电源接通，有Vol=-Vz, 则-Vz经向充电，使输出电压按接线规律增长。当Vol上升到门限电压Tt使 Vpl=Vnl,比较器输出Vol由-Vt上跳到+Vt,同时门限电压下跳到Vt-值。以后 Vol=+Vz经R6和D、R5两支路向C反向充电，由于时间常数减小，Vo迅速下降到 负值。当Vo下降到下门限电压V卜使VplVnl时，比较输出

8、Vol 乂由+Vz下跳到 负值。如此周而复始，产生振荡。山于电容C的正向与反向充电时间常数不相等，输出波形V。为锯齿波电压，Vol为矩形波电压，如图1.4所示。图1.4 Vol、Vo波形图3.2电路参数计算锯齿波发生电路中R5 = R6=R7=10k,R4=10k,ll|公式(1-1)及要求的方波幅 值±10V,波峰峰值20V,即Vom=20.这样稳压管应使得Vth=10Vo并且R3=2皿 10Q。曲公式(1-2)及输出的波形工作频率范RI0.02HZ1kHz连续可调，且公式 中其它见参数已定，WljR8max=200ko直流稳压电路中Rl=200Q,其输出电压可调，曲公式(2-1)

9、及锯齿波发生 器中的比较器741工作电压为±161.25*%-1R2max= 用 6k山于设讣的是一个可调的直流稳压源，因此在变位器的阻值范围内可以供 给锯齿波电路正常的工作。3.3整机电路性能分析左端上下各为两个直流稳压电源，它们核心器件为LM337与LM317。他 们内部电路有比较放大器、偏置电阻、恒流源和带隙基准电压。能够提供稳定 的输出电压，能够带动锯齿产生电路中的比较器正常工作，性能稳定。锯齿波发生电路山同相输入迟滞比较器（A1）与充放电时间常数不等的 积分器（A2）两部分构成。能够长时间稳定提供锯齿波。比较器的电路简单、 灵敬度高，但抗干扰能力差。但是迟滞比较器的抗干扰能

10、力大，虽然它的灵敬 度差，但两者互补，大大改善单路性能。第4章电路仿真4.1电路仿真图1.锯齿波发生器电路仿真图图15锯齿波发生器电路仿真图2 整体电路仿真图1.6整体电路仿真图为满足锯齿波o 10V幅度可调以及调试的方便，我们取的R2为6k Q可调滑动变阻器，Rl=200Q,稳压管的幅度为5v。4. 2电路仿真的实验结果分析电路中采用的是虚拟器件，因此有可能影响仿真结果，山图16可知，仿真时锯齿波的最大幅度可达11.2v,比理论值稍大。仿真结果同预期结果大体相同。第5章课程设计总结本次课设设讣了幅度可调的锯齿波发生器，主要研究改变发生器的频率，观察复 幅值的变化，用集成运算放大器实现的锯齿波

11、发生器电路基本上符合了要求；电路优 点:它不仅电路简单，器件选择灵活，而且性能较好，市场价格便宜。电路的不足之处：电路中通过&引入了深度的负反馈，以保证集成运放工作在 线性区，在线性区内，差模输入电压的范围特别小，这就限制了集成运放输入电压的 幅度，如果想得到更大幅度的锯齿波，则不宜采用这种电路。此外，电路中采用了滑 动变阻器，在对电路精度要求严格的场合下，不适合采用此电路。通过这次课程设汁，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资 料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来的发展方向，使自己的 专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。通过这次亲手设讣幅度频率可调

12、锯齿波发生器我乂一次复习了一学期来所学的 知识，尤其是对信号产生电路有了更深刻的理解，同时我也意识到自己所学的不足， 在今后的学习中我将继续努力。参考文献1 陈维新著新型使用电路设计制作便査手册电子科技大学出版社19932 沈勇潮工志功编著集成电路设汁基础电子工业出版社20043 王培福新编线形稳压电源电子工业出版社20044吕砚出杨丽华编著电子电工计算手册化学工业出版社2003童诗白模拟电子技术基础（第二版）高等教冇岀版社1988康华光电子技术基础髙等教育出版社19887陈大钦电子技术基础实验高等教育出版社20008杨素行模拟电子技术基础简明教程（第二版）高等教ff出版社1997谭博学.苗汇静集成电路原理及应用电子工业出版社200510卜益民模拟电子技术北京邮电大学出版社200511 冯民昌模拟集成电路基础中国铁道出版1995附录附录1-总体电路图图13整休电路图附录2-器件清单元件序