-正弦波-方波-三角波函数转换器 下载本文

第一章、设计要求

1.1 设计内容及要求

1.输出波形频率范围为0.2KHz~20kHz且连续可调; 2.正弦波幅值为±2V,; 3.方波幅值为2V;

4.三角波峰-峰值为2V,占空比可调;

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第二章、系统的组成及工作原理

设计要求为实现正弦波-方波-三角波之间的转换。正弦波可以通过RC振荡电路产生。正弦波通过滞回比较器可以转换成方波,方波通过一个积分电路可以转换成三角波,三角波的占空比只要求可调即可。各个芯片的电源可用±12V直流电源提供,并备用了两套方案设计。

2.1方案一

方案一电路方框图如图2.1所示。 LC正弦波振荡电路 滞回比较器 积分电路

图2.1 方案一方框图

LC正弦波振荡电路与RC桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相似

的,只是选频网络采用LC电路。在LC振荡电路中,当f=f0时,放大电路的放大倍数数值最大,而其余频率的信号均被衰减到零;引入正反馈后,使反馈电压作为放大电路的输入电压,以维持输出电压,从而形成正弦波振荡。

2.2 方案二

方案二电路方框图如图2.2所示。

RC正弦波发生电路 滞回比较器 图2.2方案二方框图

积分电路

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方案二仿真电路如图2.3所示。

图2.3方案二仿真电路图

方案论证:LC正弦波振荡电路特别是方案一所采取的电感反馈式振荡电

路中N1与N2之间耦合紧密,振幅大;当C采用可变电容时,可以获得调节范围较宽的振荡频率,最高频率可达几十兆赫兹。由于反馈电压取自电感,对高频信号具有较大的电抗,输出电压波形中常含有高次谐波。因此,电感反馈式振荡电路常用在对波形要求不高的设备之中,如高频加热器、接受机的本机振荡电路等。另外由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高,所以放大电路多采用分立元件电路,必要时还应采用共基电路。因此对于器材的选择及焊接的要求提高,并且器材总价格也增加了。

相反,RC正弦波振荡电路的振荡频率较低,一般在1MHz以下,它是以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络,以电压串联负反馈放大电路为放大环节,具有振荡频率稳定,带负载能力强,输出电压失真小等优点,因此获得相当广泛的应用。另外对于器材的要求也不高,只需集成块、电容、电位器等组成即可。在焊接方面,直接、美观、大方!在器材总价格方面,相比第一种方案更为实惠。

综合对比两种方案,选择第二种方案。

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第三章 单元电路设计与参数计算

3.1单元电路设计

3.1.1正弦波发生器实验原理

(1)RC 串并联选频网络。

R2?1?j?R2C2 ??Uf??2?F?1U?1??2R?1?1j?C11?j?R2C2?(1?1R1C21?)?j(?R1C2?)R2C1?R2C1

R1=R2=R,C1=C2=C, ,令 ? ? 1 0RC 则: f?0

??F3?j(112?RC??0?)?0?? ?得 RC 串并联电路的幅频特性为: F

132?(??1相频特性为: F??03? ?0?1?F??arctg当???0?时,RC 3 最大,?F = 0。

??02?)?0?(2)振荡频率与起振条件 1)振荡频率: f0?12?RC2)起振条件:

1?F?当f = f0 时, 由振荡条件知:A ?F ? ? 1 3??3所以起振条件为: ARF同相比例运放的电压放大倍数为:A ?1?ufR??R?2R即要求: F3)稳幅环节:反馈电阻的热敏RF采用负温度系数电阻,R1采用正温系数的热敏电阻,均可实现自动稳幅。或者在RF回路中串联二个并联的二极管也可以自动稳幅。

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正弦波发生器仿真电路图3.1所示。

图3.1正弦波发生器仿真电路图

3.1.2正弦波—方波转换器实验原理 正弦波—方波转换器方框图如图3.2所示。

正弦波发生电路 滞回比较器 图3.2 正弦波—方波转换器方框图

方波

(1)电路组成:

1)滞回比较器:集成运方、R11、R8.

图3.3为一种电压比较器电路,双稳压管用于输出电压限幅,R3起限流作用,

R2和R1构成正反馈,运算放大器当up>un时工作在正饱和区,而当un>up时工作在负饱和区。从电路结构可知,当输入电压ui小于某一负值电压时,输出电压uo= -UZ;当输入电压ui大于某一电压时,uo= +UZ。又由于“虚断”、“虚短”up=un=0,由此可确定出翻转时的输入电压。up用ui和uo表示,有

11ui?uoRu?R1uoRR2=un=0 up?1?2i11R1?R2?R1R2

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