波形发生器的制作——竞赛整理(一)

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关键词

运算放大器,正弦波

 

题目要求

1、  能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波四种波形的波形发生器;

2、  输出波形的频率为1KHz

3、  要求用模拟运放电路实现(规定用LM324设计)

4、  要求波形的失真度尽量小

5、  Protel原理图仿真工具完成仿真;

6、  在实验班上安装并完成电路调试。

 

摘要

本设计由三个模块电路构成:方波、三角波发生器,后级正弦波发生器和脉冲波、锯齿波发生器。

前级由电压比较器产生方波,对其输出波形进行一次积分产生三角波,三角波再进行一次积分产生正弦波。而对三角波电路增加二极管,控制三角波的逆程冲放电时间,产生脉冲波,并对其积分产生锯齿波。

 

一、方案选择与论证

1、方波、三角波发生器

方波发生器由电路由迟滞比较器和一个RC充放电回路组成,电压比较器是一种产生方波的最简单的电路之一。而三角波可以通过方波信号积分得到。

 

       2、正弦波发生器

       方案一:通过双三极管差分放大器完成正弦波发生器。差分放大器主要有工作点稳定,输入阻抗高,抗干扰能力较强等有点。特别是作为直流放大器时,可以有效的抑制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变换成为正弦波。波形变换的原理时利用差分放大器传输特性的非线性。单由于三极管的个性差异,无法避免由于三极管的双指数特性的不同所导致的输出正弦波的失真,而且电路较为复杂。

 

       方案二:通过运放积分器对前级输出三角波进行积分,输出正弦波。由于前级输出三角波是由比较器产生的方波积分而成,只要前级输出的三角波达到设计要求,其产生的正弦波便自然会达到设计要求,不过由于输入三角波的信号幅度已经有所降低,可能导致输出的正弦波幅值较小,故在后级增加同相比例放大器进行放大操作。

电原理图:

 

       就两方案比较,后者由于设置简单,频率和失真都可以达到设计要求,安装简单。故选用了方案二。

 

3、脉冲波、锯齿波发生器

在考虑方波和三角波产生时,一般下降时间远小于上升时间,就可得到锯齿波。故在三角波发生器上端的电容前增加二极管控制上升和下降时间。

 

二、理论分析与参数计算

1、方波、三角波发生器

 

方波、三角波发生器由电压比较器和基本积分器组成,如图所示。

运算放大器A1R1R2R3 Rw1Dz1Dz2组成电压比较器;运算放大器A2R4Rw2R5C1 C2组成反相积分器,比较器与 积分器首尾相连,形成闭环电路,构成能自动产生方波、三角波的发生器。

电路参数: 

1.方波的幅度: Uo1m = Uz ——(1

    2.三角波的幅度: ——(2

3.方波、三角波的频率: ——(3

    其中C可选择C1C2。从式(2)和(3)可以看出,调节电位器Rw1可改变三角波的幅度,但会影响方波、三角波的频率;调节电位器Rw2可改变方波、三角波的频率,但不会影响方波、三角波的幅度。


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