多波形函数发生器论文.doc

多波形函数发生器完成人：陈学梅（电子1101）；赵娜（电子1101）摘要：多波形信号发生器是工业生产、产品开发、科学研究等领域必备的工具，它产生的锯齿波和正弦波、矩形波、三角波是常用的基本测试信号。它根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，其电路中使用的器件可以是分离器件，也可以是集成器件，产生方波、正弦波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，根据周期性的非正弦波与正弦波所呈的某种确定的函数关系，再通过整形电路将正弦波转化为方波，经过积分电路后将其变为三角波。也可以先产生三角波-方波，再将三角波或方波转化为正弦波。本设计主要是通过运算放大器，积分器来实现方波转换成三角波，再将三角波转换成正弦波。设计时主要通过Multisim软件来实现仿真。关键字：三角波、方波、正弦波、基线控制、频率幅度调节、功率放大1、 总体设计（1）电路组成及功能描述系统组成框图如下：系统的功能是实现方波、三角波、正弦波的输出，并且可通过电路实现对基线的调节，且电路可实现功率放大功能。（2） 总体设计方案 系统首先通过555定时器电路产生脉冲，通过OP07组成的运放电路对信号进行放大后输出稳定的方波，方波频率幅度可通过滑变调节；前一模块产生的方波经过积分运算电路整为三角波，频率幅度可调；2、电路设计（1）方波发生模块电路设计方波产生模块电路设计如下： 本电路采用由555定时器构成的多谐振荡器来产生方波,再经过OP07组成的运放电路对信号进行放大后输出稳定的方波，R16，R15和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚） 和低电平触发端（2脚）并接后接到滑动变阻器和C1的连接处，将放电端（7脚）接到R15，R16的连接处,产生的方波信号经输出端(3脚)送入运放,经过反馈放大产生稳定的方波信号.接入电路的滑动变阻器起调频作用.由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发 端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R15，R16以及滑动变阻器的一部分对电容C1充电，使 电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关 。（2）555定时器电路的工作原理555电路的内部电路方框图如图1所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只 5K的电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1 的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为 和 。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平 时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于 时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。是复位端（4脚），当 0，555输出低电平。平时 端开路或接VCC 。2.555定时器电路的电路组成图1是555 定时器的电路结构图，它由五个部分组成:（1）比较器：电压比较器A1和A2是两个结构完全相同的理想运算放大器。比较器有两个输入端，分别用U+和U-表示相应输入端上所加的电压，用uc表示比较器的比较结果。当U+U-时,uc=1; 而U+U-时，uc0。（2）分压器：三个阻值均为5k 的电阻串联起来构成分压器，为比较器A1和A2提供参考电压。 工作中不用CO 端时，一般都通过一个0.01F的电容接地，以旁路高频干扰。（3）基本RS 触发器：由两个与非门组成， 是可从外部进行置0 的直接复位端。当R= 0 时，使Q=0；当S=1时，Q=1。（4）晶体管开关（放电管）:晶体管T构成开关，其状态受端控制。当Q 1 时，晶体管截止; 而当Q 0时，晶体管导通。(a) (b)图1 555定时器内部框图及引脚排列VC是控制电压端（5脚），平时输出 作为比较器A1 的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01f的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管T的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 ，C2 的反相输入端的电压为。若触发输入端 TL 的电压小于，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 ，同时 TL 端的电压大于，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。3.555定时器电路的引脚功能1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。 3脚：输出端Vo 2脚：低触发端TL 6脚：高触发端TH 4脚：是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。 5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。 7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。4.555定时器电路的功能表（2）三角波发生模块电路设计 三角波模块发生电路设计如下： 该部分电路采用RC积分电路实现方波到三角波的转换,利用电容的充放电将由555定时器构成的多谐振荡器产生的矩形波转换成三角波再经过运放的反相放大输出较稳定的三角波.因为RC积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路,所以采用此电路完成三角波的实现.（3） 幅度调节模块电路设计 此部分电路采用反相比例运算放大器来实现幅度调节这一功能.通过滑动变阻器R31将运放的输出与输入连接起来,这样就构成了反相比例运算放大电路,设输出电压为Uo,输入电压为Ui，则有 Uo=-(R31/R20)Ui测量过程中若改变滑动变阻器R31的阻值，则Uo的值也会相应变化，这样就实现了幅度调节。（4） 正弦波模块发生电路设计LM324是四运放集成电路，它采用14管脚双列直插塑料（陶瓷）封装，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM124/LM224/LM324的引脚排列见图2。LM324引脚图如下：（5） 基线控制模块电路设计电路设计如下： 这部分电路里用运放构成加法器实现基线调节功能。设运放输出电压为Uo1,输入电压为Ui1,滑动变阻器上的分压为U，则根据加法器工作原理可知： Uo2=U(R26/R25)+Ui1(R26/R25)U为直流电压，Ui1为交流电压，所以幅值由Ui1决定，而当改变滑动变阻器的阻值时，U也会相应改变，这样就实