一种三角波发生器

一种高频三角波发生器的设计一种高频三角波发生器的设计 SY0803216 摘要 本文介绍了一种高频三角波发生器 系统由晶振作为频率源 对分频得 到方波信号进行幅度调整 得到双极性的对称方波 通过三角波运算电路 得 到频率和幅度稳定的三角波 该系统具有结构简单 输出信号频率稳定等特点 关键字 三角波发生器 晶振 方波 Abstract This paper introduces a kind of high frequency triangular wave generator The system selects an oscillator as the frequency source and it changes into a square wave with a frequency divide circuit Then the signal is adjusted to be a symmetrical bipolar square wave finally the high frequency triangle wave is generated though a operational amplifier The system has the characteristic of simple structure and stable output Keywords Triangular wave generator Oscillator Square wave 1 引言引言 在通信 雷达 PWM 电力变换等领域 经常需要高精度 高频率的三角 波作为载波信号 传统方法是采用单片模拟芯片 如 NE555 等 构成振荡电路 来产生三角波 但是频率稳定度差 调试困难 随着嵌入试硬件和软件技术的 发展 采用 DDS 等新的波形发生技术来产生三角波的方法也被广泛使用 1 但 是硬件组成复杂 成本过高 本文介绍了一种新的高频三角波的设计方法 系 统硬件结构简单 输出信号的频率稳定度高 2 系统整体设计 系统整体设计 该系统采用晶振作为频率源 通过起振电路和数字分频电路得到频率和幅 度稳定的方波 然后以此方波为基准产生高精度的三角波 由数字分频得到的 是单极性方波 为得到双极性的三角波 需要对方波信号进行幅度调整 再加 入适当的直流偏置 然后对方波信号进行积分运算放大 得到需要的三角波 图 1 为系统整体结构设计框图 图 1 高频三角波发生器系统框图 2 硬件电路设计硬件电路设计 1 起振电路 系统采用频率稳定的晶振作为频率源 晶振分为有源和无源两种 有源晶 振虽不需要起振电路可直接输出频率信号 但其输出的信号电平是固定的 灵 活性较差 而且相对价格高 无源晶振输出信号的电压大小由外部起振电路决 定 因此本系统采用无源晶振作为频率源 晶振的起振电路种类较多 比较常 见有皮尔斯电路 如图 2a 等 2 本系统采用的起振电路如图 2b 与皮尔斯电 路相比 该电路结构简单 输出信号电平更适合于数字分频 图 2 起振电路 2 分频电路 频率源输出信号的频率是单一的 为得到需要的频率 需要设计分频电路 其电路输出的信号为频率幅度稳定的高频方波 电路采用 CD4040 分频芯片 两级分频 通过选择开关来选择不同的频率 分频电路的原理图如图 3 所示 图 3 分频器电路 若一级分频率为 N1 二级分频率为 N2 则最后输出方波信号的频率为晶 振频率的 N1 N2 分之一 方波输出之前通过反相器 CD4049 可以提高方波信号 的驱动能力 输出信号的的低电平为 0V 高电平为 12V 为单极性方波 3 幅度调整电路 分频电路输出的方波为单极性信号 若想直接得到双极性三角波信号 则 在积分放大电路中必须加入精确的直流偏置电压 且直流电压的幅度为方波信 号幅度的一半 但这一精确电压往往很难获得 因此需要设计方波幅度调整电 路 输出对称的双极性高频方波信号 方波幅度调整电路的原理图如图 4 所示 图 4 方波幅度调整电路 幅度调整电路主要应用三极管的工作特性来进行幅度调整 D1 为稳压二极 管 正极电压为 5 1V 此电压经运算放大器反相为 5 1V 即三极管 2N3906 的 射极电压始终保持 5 1V 方波信号 Square 的高电平为 12V 低电平为 0V 当方波为高电平时 三极管射极电压低于基极电压 被截止 此时三极管 的集电极电压被电阻 RL 下拉至 0V 当方波为低电平时 三极管射极电压高于 其基极电压 导通 此时集电极电压等于其射极电压为 5 1V 因此 图 4 中 UL 方波信号 低电平为 0V 高电平为 5 1V 取稳压二极管输出电压作直流偏 置 通过运算放大器之后 其输出电压为 33 5 1 25 1 12 RR UoutULUL RR 当 UL 0V 时 Uout 5 1V 当 UL 5 1 时 Uout 5 1V 时 因此方波调整电路 输出信号为对称的双极性高频方波 4 三角波运算电路 将得到双极性方波 通过三角波运算电路 即可得到所需要的高频三角波 如图 5 三角波运算电路的原理图 图 6 为实际电路的输出波形 采用 3 579M 的晶振为频率源 图 6a 为分频得到的 112KHz 方波信号 图 6b 为最终得到的 112KHz 的双极性三角波信号 图 5 三角波运算电路 a b 图 6 实验电路输出波形 3 结束语结束语 本文提出的高频三角波发生器具有很多特点 首先 使用晶振作为频率源 保证了输出信号频率的稳定性 其次 使用数字分频得到方波信号 输出信号 的频率是可以按照需要调节 最后 系统利用三极管的开关特性与稳压二极管 来实现方波信号的幅度调整 得到了对称的双极性方波 为将单极性信号转换 为单极性信号提供了新的思路 实践证明这一设计方法实现的三角波发生器 系统结构简单 输出信号频率稳定 4 参考文献参考文献 1 丁勇 一种高精度三角波发生器的设计 J 微计算