三角波方波正弦波发生电路.docx
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三角波方波正弦波发生电路
波形发生电路之相礼和热创作
要求：
计划并制造用分立元件和集成运算放大器组成的能发生方波、三角波和正弦波的波形发生器.
目标：
输入频率分别为：
102HZ、103HZ和104Hz；方波的输入电压峰峰值VPP≥20V
（1）方案的提出
方案一：
1、由文氏桥振荡发生一个正弦波信号.
2、把文氏桥发生的正弦波经过一个过零比较器
从而把正弦波转换成方波.
3、把方波信号经过一个积分器.转换成三角波.
方案二：
1、由滞回比较器和积分器构成方波三角波发生电路.
2、然后经过低通滤波把三角波转换成正弦波信号.
方案三：
1、由比较器和积分器构成方波三角波发生电路.
2、用折线法把三角波转换成正弦波.
（2）方案的比较与确定
方案一：
文氏桥的振荡原理：
正反馈RC网络与反馈支路构成桥式反馈电路.当R1=R2、C1=C2.即f=f0时，F=1/3、Au=3.但是，起振条件为Au略大于3.实践操纵时，假如要满足振荡条件R4/R3=2时，起振很慢.假如R4/R3大于2时，正弦波信号顶部失真.调试困难.RC串、并联选频电路的幅频特性分歧错误称，且选择性较差.因此放弃方案一.
方案二：
把滞回比较器和积分比较器首尾相接构成正反馈闭环零碎，就构成三角波发生器和方波发生器.比较器输入的方波经积分可得到三角波、三角波又触发比较器自动翻转构成方波，这样即可构成三角波和方波发生器.
经过低通滤波把三角波转换成正弦波是在三角波电压为固定频率或频率变更范围很小的状况下运用.但是，目标要求输入频率分别为102HZ、103HZ和104Hz.因此不满足运用低通滤波的条件.放弃方案二.
方案三：
方波、三角波发生器原理好像方案二.
比较三角波和正弦波的波形可以发现，在正弦波从零逐步增大到峰值的过程中，与三角波的不同越来越大;即零附近的不同最小,峰值附近不同最大.因此，根据正弦波与三角波的不同，将三角波分成多少段，按分歧的比例衰减，就可以得到近似与正弦波的折线化波形.而且折线法不受频率范围的限定.
综合以上三种方案的优缺陷，最终选择方案三来完成本次课程计划.
（3）工作原理：
1、方波、三角波发生电路原理
该电路由滞回比较器和积分器组成.图中滞回比较器的输入电压
，它的输入电压就是积分电路的输入电压u02.则U1A的同相输入端的电位：
令up=un=0，则阀值电压：
；积分电路的输入电压是滞回比较器的输入电压u01，而且不是+Uz，就是-Uz，以是输入电压的表达式为：
；设初态时u01恰好从-Uz跃变到+Uz，则：
，积分电路反向积分，u02随工夫的增长线性下降，一旦u02=-Ut，在稍减小，u01将从+Uz跃变成-Uz，使式变成：
，积分电路正向积分，u02随工夫增长线性增大，一旦u02=+Ut，再略微增大，uo1将从-Uz跃变成+Uz，回到初态.电路反复上述过程，因此发生自激振荡.由上分析，u01是方波，且占空比为50%，幅值为
；u02是三角波，幅值为
.取正向积分过程，正向积分的起始值-Ut，终了值+Ut，积分工夫为T/2，代入
，得
，式中
，整理可得：
.
2、正弦波发生电路原理
折线法是用多段直线逼近正弦波的一种方法.其基本思绪是将三角波分成多少段，分别按分歧比例衰减，所获得的波形就近似为正弦波.下图画出了波形的1/4周期，用四段折线逼近正弦波的状况.图中UImax为输入三角波电压幅值.根据上述思绪，可以采取增益自动调理的运算电路完成.利用二极管开关和电阻构成反馈通路，随着输入电压的数值分歧而改变电路的增益.
在ωt=0°~25°段，输入的“正弦波”用此段三角波近似（二者重合），因此，此段放大电路的电压增益为1.由于ωt=25°时，尺度正弦波的值为，这里uO=uI=25/，以是，在ωt=90°时，输入的“正弦波”的值应为/.
在ωt=50°时，输入三角波的值为uI=50/，要求输入电压，可得在25°~50°段，电路的增益应为ΔuO/ΔuI=（）/（）.
在ωt=70°时，输入三角波的值为uI=70/，要求输入电压，可得在50°~70°段，电路的增益应为ΔuO/ΔuI=（）/（）.
在ωt=90°时，输入三角波的值为uI=UImax，要求输入电压，可得在70°~90°段，电路的增益应为ΔuO/ΔuI=（）/（）.
下页图所示是完成上述思绪的反相放大电路.
图中二极管D3～D5及相应的电阻用于调理输入电压u03>0时的增益，二极管D6～D8及相应的电阻用于调理输入电压u03<0时的增益.
电路的工作原理分析如下.当输入电压时，增益为1，要求图中全部二极管均不导通，以是反馈电阻Rf=R11.据此可以选定Rf=R11=R6的阻值均为1kΩ.当ωt=25°~50°时，电压增益为，要求D1导通，则应满足:
，解出R13Ω.由于在ωt=25°这一点，D1开始导通，以是，此时二极管D1正极电位应等于二极管的阈值电压Vth.由图可得:
式中u03是ωt=25°时输入电压的值，即为.取UImax=10V，，则有
解出R14=kΩ.电阻取尺度值，则R132kΩ，R14=kΩ.别的分析如上.
必要阐明，为使各二极管可以工作在开关形态，对输入三角波的幅度有肯定的要求，假如输入三角波的幅度过小，输入电压的值缺乏以使各二极管顺次导通，电路将无法正常工作，以是上述电路采取比列可调理的比例运算电路（U3A模块）将输入的三角波的幅值调至
.
（4）元件选择：
①选择集成运算放大器
由于方波前后沿与用作开关的器件U1A的转换速率SR有关，因此当输入方波的反复频率较高时，集成运算放大器A1应选用高速运算放大器.
集成运算放大器U2B的选择：
积分运算电路的积分偏差除了与积分电容的质量有关外，次要事集成放大器参数非理想所致.因此为了减小积分偏差，应选用输入失调参数（VI0、Ii0、△Vi0/△T、△Ii0/△T）小，开环增益高、输入电阻高，开环带较宽的运算放大器.
反相比例运算放大器要求放大不失真.因此选择信噪比低，转换速率SR高的运算放大器.
经过芯片材料的查询，TL082双运算放大转换速率SR=14V/us.符合各项目标要求.
②选择稳压二极管
稳压二极管Dz的作用是限定和确定方波的幅度，因此要根据计划所要求的方波幅度来选稳压管电压Dz.为了得到对称的方波输入，通常应选用高精度的双向稳压管
③电阻为1/4W的金属薄膜电阻，电位器为周密电位器.
④电容为平凡瓷片电容与电解电容.
（5）仿真与调试
按如下电路图连接
连接完成后仿真，仿真组图如下
仿真完成后开始焊接电路，焊接完成后开始调试，调试组图如下：
.
（5）总结
该计划完全满足目标要求.
第一：
上限频率较高：
70hz.
缘故原由分析：
电位器最大阻值和相关电阻阻值的参数不精确.
改进：
用阻值周密电位器和电阻.
第二：
正弦波在10000HZ时，波形已变坏.
缘故原由分析：
折线法中各电阻阻值不精准,TL082CD不满足参数要求.
改进:
采取精准电阻,用NE5532代替TL082CD..
（6）心得领会
“失败乃成功之母”.从始时的调试到末了完成课程计划经历了多次失败.不克不及中途而废，永不放弃的精神在本人选择的道路上坚持走下往！
在这次计划过程中，表现出本人单独计划的才能以及综合运用学问的才能，领会了学致运用.而且从计划中发现本人平常学习的缺乏和单薄环节，从而加以补偿.时，这次模仿电子课程计划也让我看法到从前所学学问的不深化，根底不敷踏实，致使于这次在计划电路图的时分，必要反复翻阅课本的学问.我深深晓得了学问连贯运用的紧张性.
（7）参考书目：
1、童诗白、华成英，《模仿电子技术根底》
2、吴慎山，《电子技术根底实验》
3、周誉昌、蒋力立，《电工电子技术实验》
4、广东工业大学实验教学部，《Multisim电路与电子技术仿真实验》
（8）元件清单
元件类型
元件序号
元件型号
数量
集成运放
U1A、U2B、U3A、U4B
TL082CD
2
稳压管
D1D2
1N4742A
2
二极管
D3D4D5D6D7D8
1N4007
6
电解电容
C1
100UF
1
瓷介电容
C2
100NF
1
电位器
R8
500K
1
R12
100K
1
金属膜电阻
R1R3R4R5R9R10
10K
6
R2
100K
1
R7
240
1
R6R11
1K
1
R14R19
2
R13R20
2
R15R21
2
R16R22
2
R17R23
649
2
R18R24
226
2
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