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《方波转三角波电路》
发布时间:2019-03-19 10:43

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日期:2017/12/1

方波 三角波--转换电路实验报告册  

物理与机电工程学院

(2015——2016 学年第 二 学期)

综合设计报告

方波 三角波转换电路

专 业:电子信息科学与技术

学 号:2014216041

姓 名: 张 腾

指导教师: 石 玉 军

方波 三角波转换电路

摘要:

一般方波-三角波发生器要用三只运算故大器,而且要用二极管或双向稳压管等有源器件进行限幅,线路较烦琐。这里介绍一个实用的方波-三角波发生器。该电路工作稳定、可靠,而且频率、幅度调节方便。

通过在Multisim10虚拟实验环境中对方波一三角波函数发生器电路的设计,阐述Multisim10在电路仿真设计中的应用过程,实现真正意义上的电子设计自动化(DEA)。

关键字:

三角波发生器 频率 方波 二极管 稳压管 有源器件 限幅 实用 振荡电路 积分器

1.引言:

电子电路邻域中的信号波形,除了正弦波之外另一类就是非正弦波。非正弦波又称为脉冲波,如方波、矩形波、三角波等都是最常见的脉冲波形,当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会,电子技术的进步,给人们带来了根本性的转变。现代电子领域中,单片机的应用正在不断的走向深入,这必将导致传统控制与检测技术的日益革新。单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比,在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用,并走入家庭,从洗衣机、微波炉到音响汽车,处处可见其应用。因此,单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。

信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备,传统的一般可以完全由硬件电路搭接而成,如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一,不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差,控制难,可调范围小,电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中,如工业过程控制,生物医学,地震___械振动等领域常常要用到低频信号源。而借用计算机技术和DDS技术直接产生的各种波形频率高,成本高。

2.设计内容和要求:

(1).内容:设计一个用集成放大器构成的方波-三角波产生电路,指标要求如下:

方波 重复频率:500Hz 相对误差up时工作在负饱和区。从电路结构可知,当输入电压uin小于某一负值电压时,输出电压uo= -UZ;当输入电压uin大于某一电压时,uo= +UZ。运算放大器在两个饱和区翻转时up=un=0,由此可确定出翻转时的输入电压。up用uin和uo表示,有

1

up?

R1

uin?1R1

?

1R21R2

uo

?

R2uin?R1uo

R1?R2

根据翻转条件,令上式右方为零,得此时的输入电压

uin??

R1R2

uo??

R1R2

U

Z

??U

th

Uth称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图2所示。设输入电压初始值小于-Uth,此时uo= -UZ ;增大uin,当uin=Uth时,运放输出状态翻转,进入正饱和区。如果初始时刻运放工作在正饱和区,减小uin ,当uin= -Uth时,运放则开始进入负饱和区。

图1 滞回电压比较器 图2 滞回电压比较器的直流传递特性

如果给图1所示电路输入三角波电压,其幅值大于Uth ,设t = 0时,uo= -UZ ,其输出波形如图3所示。可见,输出为方波。

图3 输入为三角波时滞回电压比较器的输出波形

2.方波——三角波发生器

给图1所示的滞回电压比较器级联一积分器,再将积分器的输出作为比较器的输入,如图4所示。由于积分器可将方波变为三角波,而比较器的输入又正好为三角波,因此可定性判断出,图4电路的输出电压uo1为方波,uo2为三角波,如图5所示。下面分析其振荡周期。

图4 方波——三角波发生器

积分器输出电压从-Uth增加到+Uth所需的时间为振荡周期T的一半,由积分器关系式

U

th

??U

th

?U

1RCT

Z

?t

t0?

T2

(?UZ)dt

或 2Uth?注意到Uth?

R1R2

U

Z

1RC

2

,故 T?

4RCR1

R21T?

振荡频率则为 f?

R24RCR1

图5 方波——三角波发生器的输出波形

3.方波——三角波发生器的设计

(1)双稳压二极管的稳定电压根据方波幅值选取,电阻R3根据双稳压二极管的最大电流确定。 (2)电阻R1和R2根据三角波的幅值确定。

(3)电阻R和电容C则根据振荡频率要求确定,电容C的值不宜太大,以减小积分误差。

实验步骤

1.滞回电压比较器直流传递特性的测定

按图6接线(电路图特写),R1=10kΩ、R2=20kΩ、R3=3.3kΩ、UZ≈6V、U+= +15V,U-= -15V,最后在面包板上形成这样的电路(电路连线镜头)。给比较器加一适当频率和幅值的正弦电压,用示波器观察并记录传递特性和输出波形(教杆指向波形,方波),并测定阈值电压。

(a) (b)

图6 (a) 滞回电压比较器 (b)UA 741稳压二极管的封装

2.方波——三角波发生器实现

按图7接线(电路图特写),用示波器观察uo1和 uo2的波形(教杆指向波形),其中uo1为

方波,uo2为三角波。最后要求测出其幅值和频率。

图7 方波——三角波发生器

注意事项

1.接线前用数字多用表测量电阻、电容参数,并作好记录。

2.观察振荡波形时,注意两个输出电压的相位关系。

3. 运算放大器的电源线、地线切勿接错,否则容易损坏集成片。 4.运算放大器uA741的封装图与技术参数请预习有关附录。

5、设计总结

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