多种波形发生器的设计与制作

1、精品文档课题三多种波形发生器的设计与制作方波、 三角波、 脉冲波、锯齿波等非正弦电振荡信号是仪器仪表、电子测量中最常用的波形，产生这些波形的方法较多。 本课题要求设计的多种波形发生器是一种环形的波形发生器，方波、三角波、脉冲波、锯齿波互相依存。电路中应用到模拟电路中的积分电路、过零比较器、 直流电平移位电路和锯齿波发生器等典型电路。 通过对本课题的设计与制作， 可进一步熟悉集成运算放大器的应用及电路的调试方法，提高对电子技术的开发应用能力。1、 设计任务设计并制作一个环形的多种波形发生器，能同时产生方波、三角波、脉冲波和锯齿波，它们的时序关系及幅值要求如图3-3-1所示。图 3-3-1波形图设

2、计要求： 四种波形的周期及时序关系满足图3-3-1 的要求，周期误差不超过1% 。 四种波形的幅值要求如图3-3-1 所示，幅值误差不超过10% 。 只允许采用通用器件，如集成运放，选用F741。要求完成单元电路的选择及参数设计，系统调试方案的选取及综合调试。1 欢迎下载精品文档2、 设计方案的选择由给定的四种波形的时序关系看：方波决定三角波，三角波决定脉冲波，脉冲波决定锯齿波，而锯齿波又决定方波。属于环形多种波形发生器，原理框图可用3-3-2 表示。图 3-3-2多种波形发生器的方框图仔细研究时序图可以看出，方波的电平突变发生在锯齿波过零时刻，当锯齿波的正程过零时，方波由高电平跳变为低电平，

3、故方波发生电路可由锯齿波经一个反相型过零比较器来实现。三角波可由方波通过积分电路来实现，选用一个积分电路来完成。图中的uB 电平显然上移了 +1V，故在积分电路之后应接一个直流电平移位电路，才能获得符合要求的uB 波形。脉冲波的电平突变发生在三角波uB 的过零时刻，三角波由高电平下降至零电位时，脉冲波由高电平实跳为低电平，故可用一个同相型过零比较器来实现。锯齿波波形仍是脉冲波波形对时间的积分， 只不过正程和逆程积分时常数不同，可利用二极管作为开关，组成一个锯齿波发生电路。由上，可进一步将图3-3-2 的方框图进一步具体化，如图3-3-3 所示。图 3-3-3多种波形发生器实际框图器件选择， 设

4、计要求中规定只能选用通用器件，由于波形均有正、 负电平，应选择由正、负电源供电的集成运放来完成，考虑到重复频率为100Hz(10ms), 故选用通用型运放F741（F007）或四运放F324 均可满足要求。 本设计选用F741。其管脚排列及功能见附录三之三。2 欢迎下载精品文档3、 单元电路参数设计（ 1）方波产生电路反相型过零比较器选择电路如图3-3-4所示。图中，A1 工作于开环， R1 为运放输入端保护电阻取R1=10K，R2 为稳压二极管的限流电阻，取值一般在（1 3）K之间，取R2=1K。因 UA幅值为5V，故输出端接两只稳压二极管使输出高、低电平在5V 左右，查晶体管手册，选用稳压

5、二极管为2CW53（ UZ=4.05.8V ）两只。必要时可通过晶体管图示仪进行挑选，以满足幅值要求。图 3-3-4反相型过零比较器电路（ 2）三角波产生电路基本积分电路选择电路如图 3-3-5 所示，图中与 C1 并联的 1M 电阻主要是为了减小积分漂移，取值应大于 R3。图 3-3-5 积分电路由波形图知，当uA 为高电平5V，经过积分电路在5ms 时间内， u B应下降 4V，故参数计算如下：由积分电路知：1*UA* T =U Bm, 即R C12315 0.005=4 w得 R 3C1=6.25103 sR3C1取 C=0.1uF ,则 R =62500取 R =62K，R =R=62

6、 K13343U B的波形如图3-3-6 。3 欢迎下载精品文档图 3-3-6积分电路输出波形图（ 3）直流电平移位电路将图 3-3-6 的 U B 波形与图3-3-1的 UB波形比较，为了得到UB的波形，必须将U B 波形上移 3V，由直流电平移位电路来实现，如图3-3-7所示。图 3-3-7直流电平移位电路若取 R5=10K, Rp1=10K时， A3 的脚为零电平，调Rp1 活动端使RP1 减小，电平上升。由于 C2 的隔直作用，只需将脚电平设置在+1V，与 U B 叠加。 A3 为电压跟随器，UB与脚波形相同。由上，取 R5=10K， RP1 为 10K电位器， C1 取 10uF。（

7、 4）脉冲波电路设计同相型过零比较器选择电路如图3-3-8 所示。图中，取R6=10K， R7=1K，当 uB>0V,A4 的脚输出高电平， D1、 D2 导通并钳位，若取两只硅二极管串取，可得uC=1.4V。若 UB<0, 脚输出低电平接近-V cc， D1、 D2 截止，稳压管稳压为-5V。取稳压管为2CW53、二极管为2CP10。图 3-3-8脉冲波形成电路。4 欢迎下载精品文档（ 5）锯齿波发生器积分电路由上所述，由于uD 的正程和逆程斜率不同，即积分电路充、放电时常数不等。故对uC为高、低不同电平时，采用二极管隔离输入回路。如图3-3-9 所示。图 3-3-9锯齿波发生电

8、路工作原理如下：当 uC=1.4V>0 时，D3 导通，D4 截止，忽略二极管导通时的动态电阻，积分时常数为=R8C3，形成锯齿波的逆程。当 u =-5V<0 时， D 截止， D 导通。积分常数R C ，形成锯齿波的逆程。C349 3电路参数计算：首先要算出脉冲波高电平和低电平的时间轴，由图3-3-1 ，uB由 3V 下降至 0V 的时间为uC 高电平的半个周期。这时锯齿波uD 由 0V 积分到 -3V ，若此时为 t1, 由相似三角形知识可以算得 t =3.75ms，同样可以算得u 由低电平变为高电平的时间t2为 6.25ms,uC再次变为低电1C平时间为13.75ms, 如图

9、 3-3-10所示。图 3-3-10 UC 时序图取 C3=1uF，则锯齿波正程有：1UC （ 6.25 3.75 ）103=6 即R1652.5 103 =6R C31 109P91039由上及 R =20.83取 R =20K锯齿波逆程：1UC（ 13.75 6.25 ） 103 =6即R8110 61.4 7.5 10 3=6R8C31得 R8=17.5 × 10 3取 R8=18K由于同时只有一个电阻导通，故R 10=18K（或20K），为了减小二极管死区电压，。5 欢迎下载精品文档D3、D4 直流压降要小，故D3、 D4 选锗二极管2AP10。4、 总电路图将各单元电路串联

10、，得到本课题的总电路图如图3-3-11 所示。图 3-3-11多种波形发生器总电路图5、 实验与调试（ 1）本系统可采取逐级安装调试方法，待各级调试均正常后再接成闭环形式。原则上从哪一级开始安排调试均可， 但开环时必须由函数信号发生器外加激励信号。 研究这四种波形，只有选用 UA 作为外加信号，先从三角波发生电路开始最为方便。为了满足各种波形的时序、周期、幅值要求，每一级调试的工作量均较大。（ 2）三角波发生电路的安装与调试 按图 3-3-5电路参数安装无误，接通12V 直流电源，首先对该电路调零，方法是将 uA 端接地，万用表直流电压接 A2 的脚到地，调 RW1活动端，看 u0 是否变化。若 u0 幅值较大，或始终为零， 或某一固定值， 应检查电路连接是否正确， 同相与反相输入端是否接反等。由于 1M 电阻的并接，静态时 A2 工作在闭环（负反馈）状态，、脚电位差应该很小，可通过测量来检查。若电路正常，调 RW1活动端使 u0 的绝对值