模拟电子技术 课件 38 波形发生器设计

模拟电子技术梁长垠教授综合项目设计与测试—波形发生器梁长垠教授任务描述与要求01脉冲波电路设计02锯齿波电路设计03一次谐波电路设计04三次谐波电路设计05一、任务描述与要求1.任务描述该任务来自于2013年全国大学生电子设计大赛综合测评项目，要求使用555芯片和一片通用四运放324芯片，设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波1、正弦波2的波形产生电路。2.任务要求按照给定电子元器件，设计制作出能同时四通道输出，并且每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦波1、正弦波2中的一种波形，每通道输出的负载电阻均为600欧姆。四种波形频率关系为1：1：1：3（3次谐波）；脉冲波、锯齿波、正弦波1输出的频率范围为8kHz~10kHz,输出电压幅度峰峰值为1V；正弦波2输出的频率范围为24kHz~30kHz,输出电压幅度峰峰值为9V。同时要求输出波形无明显失真，频率误差不大于10%；通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%，脉冲占空比可调整。特殊说明：电源只能用10V单电源，由稳压电源供给。任务描述与要求01脉冲波电路设计02锯齿波电路设计03一次谐波电路设计04三次谐波电路设计05二、脉冲波电路设计1.电路设计利用NE555产生8kHz~10kHz脉冲波形，要求占空比为50%。NE555是8时基集成电路，属于模拟数字混合型器件，NE555由两个电压比较器、一个RS触发器、一个RS锁存器、一个输出缓冲器和一个模拟控制电路组成。它能够在单稳态、双稳态和多谐振荡器等多种工作模式下工作。其中单稳态模式最为常用，可以用于产生短脉冲和延时信号。由NE555构成的占空比接近50%的脉冲信号发生器电路如图所示。调整Rp3，输出频率不变，输出占空比改变；调整Rp1，输出频率改变，输出占空比也会改变；NE555芯片电源端需加上电容滤波，否则输出波形顶部会稍微失真。二、脉冲波电路设计2.电路调试接通电路供电电源，用示波器测试NE555的3脚输出电压波形。为解决输出脉搏的毛刺问题，可在电源端分别接上0.1、100μF电容，并在信号输出与地之间接上一个小滤波电容。任务描述与要求01脉冲波电路设计02锯齿波电路设计03一次谐波电路设计04三次谐波电路设计05三、锯齿波电路设计1.锯齿波产生原理通常情况下，对矩形脉冲进行积分运算就可以得到锯齿波（对方波积分得到三角波）。2.锯齿波产生电路设计用10V单电源的LM324设计制作一个积分电路，将NE555输出的方波变换为三角波（特殊的锯齿波）。采用反相积分器进行积分，只需调整555输出的占空比就可以得到不同的锯齿波，而当输入脉冲占空比为50%时，输出就是标准的三角波。受运放的失调电压影响，实际应用中应把积分电容尽量取小，把积分电阻尽量取大（1MΩ以内。三、锯齿波电路设计3.锯齿波电路工作原理因单电源供电，所以在同相端加入直流偏置电压，C6为滤波电容；C3为隔直电容，使电路不受前级直流工作点影响，同时使同相的直流偏置跟随到输出端；使用两个积分电容是为了方便参数调整；调整Rp4，输出幅值改变。任务描述与要求01脉冲波电路设计02锯齿波电路设计03一次谐波电路设计04三次谐波电路设计05四、一次谐波电路设计1.正弦波产生电路设计按照任务要求，首先利用LM324（单电源10V供电）设计制作一个将NE555产生的8kHz~10kHz方波脉冲，变换成同频率的三角波输出。将方波脉冲直接变换成同频率的正弦波，或把方波脉冲先变换成三角波，再把三角波变换成同频率的正弦波输出。电路设计：（1）直接将三角波进行两次积分，得到同频率的正弦波（2）采用二阶压控低通滤波器将三角波变换成同频率的正弦波。2.正弦波产生电路原理（1）二阶积分电路，得到同频率的正弦波积分电路具有低通特性，二阶积分电路的截至频率为

四、一次谐波电路设计2.正弦波产生电路原理（2）二阶压控低通滤波器电路，得到同频率的正弦波

该电路将第一阶的RC的电容不直接接地，而是接在运放的输出端，通过引入反馈以改善截止频率附近的幅频特性。因电路引入正反馈后使电压放大倍数在一定程度上受输出电压控制，且输出电压近似为恒压源，所以该电路也称压控电压源二阶低通滤波器。特征频率为任务描述与要求01脉冲波电路设计02锯齿波电路设计03一次谐波电路设计04三次谐波电路设计05五、三次谐波电路设计1.三次谐波产生电路设计按照任务要求，首先利用LM324（单电源10V供电）设计制作一个将NE555产生的8kHz~10kHz方波脉冲，变换成同频率的三角波输出。将方波脉冲直接变换成三倍频率的正弦波，或把方波脉冲先变换成三角波，再把三角波变换成三倍频率的正弦波输出。2.正弦波产生电路原理本设计使用两级压控带通串上二阶无源低通的结构。五