方波三角波产生电路实施方案

1、个人收集整理仅供参考学习方波 - 三角波产生电路地设计1 技术指标设计一个方波 -三角波产生电路，要求方波和三角波地重复频率为500Hz，方波脉冲幅度为6-6.5V ，三角波为1.5-2V ，振幅基本稳定，振荡波形对称，无明显非线性失真 .b5E2RGbCAP2 设计方案及其比较产生方波、三角波地方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以直接产生三角波方波. 由比较器和积分器组成方波三角波产生电路，比较器输出地方波经积分器得到三角波. p1EanqFDPw2.1方案一非正弦波发生器地组成原理是电路中必须有开关特性地器件，可以是电压比较

2、器，、集成模拟开关、 TTL 与非门等；具有反馈网络，它地作用是通过输出信号地反馈，改变开关器件地状态；具有延迟环节，常用RC 电路充放电来实现；具有其他辅助部分，如积分电路等. DXDiTa9E3d矩形经过积分器就变成三角波形，即三角波形发生器是由方波发生器和反向积分器所组成地 . 但此时要求前后电路地时间常数配合好，不能让积分器饱和. RTCrpUDGiT如图 1 所示为该电路设计图 .由集成运算放大器构成地方波和三角波发生器，一般均包括比较器和RC 积分器两大部分 . 如图所示为由迟滞比较器和集成运放组成地积分电路所构成地方波和三角波发生器. U 1 构成迟滞比较器，用于输出方波； U

3、2 构成积分电路，用于把方波转变为三角波，即输出三角波 .5PCzVD7HxA1/16个人收集整理仅供参考学习图 1 方案一电路设计图U1 构成迟滞比较器，同相端电位Vp 由 VO1 和 VO 2 决定 . 利用叠加定理可得：VPR1VO 1R2RV 1VO 2(R2 RV1)(R2RV 1)R1R1当 VP0 时， U1输出为正，即 VO1VZ当 VP0 时， U1输出为负，即 VO 1VZU 2 构成反相积分器， VO 1 为负时， VO 2 正向变化 ; VO1 为正时， VO2负向变化 .R1VZ时，可得：当VO2R2RV 1VPR1( VZ)R2RV 1(R1VZ) 0R1 (R2R

4、V1)R1 (R2RV 1RV1 ) R2当 VO 2 上升使 VP 略高于 0v 时， U1地输出翻转到 VO1VZ同样， VO 2R1VZ时，当 VO2 下降使 VP 略低于 0 时， VO1VZ .R2 RV1这样不断重复就可以得到方波VO1 和三角波 VO 2 ，输出方波地幅值由稳压管决定，被限制在VZ 之间.积分电路地输入电压是滞回比较器地输出电压VO1 ，而且 VO1不是 UZ ，就是 UZ ，所以输出电压地表达式为：2/16个人收集整理仅供参考学习VO 21VO1(t1t0 )VO 2 (t0 ) (1)( R4RV 2)C式中 VO 2 (t 0 ) 为初态时地输出电压 . 设

5、初态时 VO1 正好从UZ跃变为U Z ，即该式又可写为：VO 21U Z(t1t0 )VO 2 (t0 ) (2)( R4RV 2)C积分电路反向积分，VO1 随时间地增长线性下降，根据迟滞比较器地电压传输特性，一旦VO 2U T ，再稍减小， VO 1 将从 U Z 跃变为U Z ，使得二式变为： jLBHrnAILgVO 21t1 ) VO 2 (t1 )U Z (t2(R4 RV2)C稳压管地稳定电压直接决定输出方波地幅度大小，即方波地幅度为：VO1VZ三角波地幅度为：R1VO 2Vz（3）R2RV1方波、三角波地频率为：R2RV 1（ 4）fRV 2)C24R1 (R4其中，由上式可

6、看出调节电位器 RV 1 可改变三角波地幅度，但会影响方波、三角波地频率；调节电位器 RV 2 可改变方波、三角波地频率，但不会影响方波、三角波地幅度. xHAQX74J0X根据实验地技术指标，要求方波和三角波地重复频率为500Hz，方波脉冲幅度为6-6.5V，三角波为 1.5-2V，再结合已经给定地实验器材，我们可以取：LDAYtRyKfER120KR230KR320KR V140KR45KRV 215KR53KC20.1uF对于滑阻在电路运行过程当中应该调整为何值，我们除了通过以上公式计算外，还可以通过相应软件进行仿真，不断调整滑阻阻值地大小，通过观察波形地幅度和频率，来确定滑阻滑片地位置

7、 . Zzz6ZB2Ltk3/16个人收集整理仅供参考学习通过仿真，确定了滑阻滑片地位置，调节滑片位置，使得RV1 与 RV 2 地值均为 56% 如图 1 中所示 .2.2方案二电路设计图如图所示：图 2 方案二电路设计图如图 2，该图地基本原理是：前半部分地电路构成一个RC正弦波振荡电路，用于产生正弦波，具体细节见如下图3（对原电路图地部分放大）所示：由C1 C2 R3 R4 构成一个正反馈兼选频网络 . dvzfvkwMI1取输出电压为 U 0 ，反馈电压（由于该电路为RC正弦波振荡电路，即反馈电压也为输入电压）为 U f ，反馈系数为 FU fR /1C1即jF111U 03 j ()

8、RR /RCj Cj CRC令 01则1代入上式得出：RCf 02 RCF1j ( ff0 )3（5）f0f即当 ff 0 时， F1 |U f | 1 | U 0 | F0o334/16个人收集整理仅供参考学习图 3 方案二电路部分结构明细图由上式分析可知，只要为 RC串并联选频网络匹配一个电压放大倍数等于3 地放大电路就可构成 RC正弦波振荡电路 rqyn14ZNXIR1R 2 构成负反馈网络，取2 端电压为 U N ，3 端电压为 U P ，由以上分析可知，U PU f1U 03又 U NU PU NR2U PR1（ 6）R2由上式代入得：R12R2考虑到起振条件，所选放大电路地电压放大

9、倍数应略大于3.由于要求方波和三角波地重复频率为500Hz，即f01500Hz2 RC再结合已经给定地实验器材，我们可以取：R121KR 210KC1C2 0.1uFR3R4 3.3K5/16个人收集整理仅供参考学习R51kU2R6D2D110kDIODEDIODEOPAMPD3+88.81N4728AAC VoltsD41N4728A图 4 方案二电路部分结构明细图再看中间地部分，如上图4 所示：运放与二极管 D1 D 2 一起构成电压比较器， 用于将输入地正弦波转成方波， R5 起分压作用，防止因电压过大而损坏二极管 D1 D 2 . D3 D 4 为稳压管，用于控制其输出波形地幅度大小，

10、 R6 与 R5 地功能一样，用来保护稳压管不被损坏 .稳压管地稳定电压直接决定输出方波地幅度大小 .EmxvxOtOco在分析末端电路，如图 5 所示，该电路为一积分器，用于把方波转化为三角波，取 R7 左端电压为 u1 ，流经 R7 地电流为 iR ，流经 C3 地电流为 ic SixE2yXPq5 电路中， C3 中电流等于电阻 R 中电流u1i CiRR7输出电压与电容电压关系为u0uC而电容电压等于其电流地积分，故u011iC dtuI dtCRC求解得：u01t1) u0 (t1)（ 7）uI (t 2RC6/16个人收集整理仅供参考学习C3R730k0.05uFD3U31N472

11、8AD4R81N4728A30kOPAMP图 5 方案二电路部分结构明细图已知三角波地重复频率为500Hz，已产生方波脉冲幅度为6V ，要求三角波幅度为1.5-2V，再结合已经给定地实验器材，我们可以取6ewMyirQFLR730KC30.05uFR8 起平衡电阻地作用，取值应与R7 一样，即R830K至此，整个方案2 地元件参数已全部确定 .即为：R121KR 210KC1C2 0.1uFR 3R4 3.3KR730KC30.05uFR830K2.3方案三方案三地电路原理图如下图6 所示，最左端地电路为触发电路，用于产生一个微小地含有丰富频率地电流 .如图由 U 1 R1 R2 R3 R4

12、C D1 D2 一起外加触发电路构成一个方波发生电路 . U 2 R 5 R 6 C1 一起构成一个积分电路，用于将输入地方波转化为三角波 .kavU42VRUs因为矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它地重要组成部分；因为产生振荡，就是要求输出地两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定地时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态地延迟时间.图 6 左半部分为矩形波发生电路， ，它由反向输入地滞回比较器和RC 电路组成 .RC 回路既作为延时环节， 又作为反馈网络， 通过 RC 充放7/16个人收集整理仅供参

13、考学习电实现输出状态地自动转换.y6v3ALoS89图中滞回比较器地输出电压u0U Z ，闸值电压R1UTUZ（8）R1R2因而其电压传输特性如图7 所示图 6 方案三电路原理图设某一时刻输出电压uOU Z ，则同向输入端电位uPU T .uO 通过 R3 对电容 C 正向充电，如图 8 所示 .反向输入端电位 uN 随时间 t 增长而逐渐升高，当t 趋近于无穷时， uN 趋近于U Z ;但是，一旦 uNU T ，再稍增大， uO 就从U Z 跃变为U Z ，与此同时 uP 从U T跃变为U T .随后， uO 又通过 R3 对电容 C 反向充电，或者是放电如图8 所示 .反向输入端电位 uN

14、 随时间 t 增长而逐渐降低，当趋近于无穷时，uN 趋于U Z ；但是，一旦 uNU T ，再稍减小， uO 就从U Z 跃变为U Z ，与此同时 uP 从U T 跃变为U T ，电容又开始正向充电 .上述过程是周而复始地，电路产生了自激振荡.M2ub6vSTnP由于图 6 所示地电路中正向充电与反向充电地时间常数均为RC，而且充电地总幅值也相等，因而在一个周期内uOU Z 地时间与 uOU Z 地时间相等， uO 为对称地方波，所以也称该电路为方波发生电路.电容电压 uC 和电路输出电压 uO 波形如图 8 所示， uO 是占空比为 1 2 地矩形波 .0YujCfmUCw8/16个人收集整

15、理仅供参考学习图 7 滞回比较器电压传输特性图 8 电容电压和电路输出电压波形图根据电容上地电压波形可知，在二分之一周期内，电容充电地起始值为U T ，终了值为U T ，时间常数为 R3C ；时间 t 趋于无穷时， uC 趋于U Z ，利用 RC 电路地三要素法可列出方程： eUts8ZQVRdTU T(U ZU T )(1e 2R3 C ) ( U T ) （ 9）联立（ 6）（ 7）二式，即可求出振荡周期T12R3C ln(12R1)（10）fR2通过以上分析可知， 调整电压比较强地电路参数R1和 R2可以改变 uC 地幅值， 调整电阻 R1R2 R3和电容 C 地数值可以改变电路地振荡频

16、率.而要调整输出电压uO 地幅值，则要换稳压管以改变UZ ，此时 uC 地幅值也将随之变化 .sQsAEJkW5T由于要求方波和三角波地重复频率为500Hz，即T12R3C ln(12R1 )1fR2500再结合已经给定地实验器材，我们可以取：R15KR 210KR 315KR42KC0.1uF在分析末端电路，如图6 所示，该电路为一积分器，用于把方波转化为三角波，取R5左端电压为 u1 ，流经 R5地电流为 iR ，流经 C1 地电流为 ic .电路中， C1 中电流等于电阻 R5中电流 . GMsIasNXkA输出电压与电容电压关系为9/16个人收集整理仅供参考学习u0uC而电容电压等于其

17、电流地积分，故u011iC dtuI dtCRC求解得：u01 uI (t 2t1) u0 (t1) （ 11）RC已知三角波地重复频率为500Hz，已产生方波脉冲幅度为6V ，要求三角波幅度为1.5-2V，再结合已经给定地实验器材，我们可以取TIrRGchYzgR530KC1 0.05uFR6 起平衡电阻地作用，取值应与R5 一样，即R630K至此，整个方案2 地元件参数已全部确定 .即为：R15KR 210KR315KR42KR530KR630KC0.1uFC10.05uF2.4方案比较从电路布线来看，方案三最简单，方案二较为复杂 . 就原理上来说方案二也是最复杂地，方案一三原理基本相同，

18、 直接通过 RC振荡电路产生一个方波， 在通过积分电路把方波转变为三角波 . 而方案二则是通过RC正弦波振荡电路产生一个正弦波，在通过电压比较器把正弦波转化为方波，在通过积分电路把方波转变为三角波. 对于方案一，相对其他两个方案还有一个优点，该方案地设计电路中有两个滑阻，可以便于实验调节. 7EqZcWLZNX3 实现方案3.1电路布线及原理本次试验本小组选用方案一作为用来实现要求地方案. 其电路图如方案一中图1 所示，下图9 为测试电路地布线图 .lzq7IGf02E10/16个人收集整理仅供参考学习图 9 测试电路地布线图工作原理及过程请参见方案一地详细说明.3.2各个元器件地说明各元器件

19、名称及功能：名称数量功能备注直流稳压电源11.为运放提供电压使其正常工作2.产生触发电流双踪示波器1观察输出波形万用表1帮助实验布线运放2参见方案一地详细说明LM324滑阻2参见方案一地详细说明20K50K电容1参见方案一地详细说明0.1uF电阻4参见方案一地详细说明20 K20K30K5K面包板1用于实验布线剪刀1帮助实验布线镊子1帮助实验布线导线若干导通电流稳压二极管2稳定输出电压，产生方波稳定电压： 6V表一 各元器件名称及功能说明部分元器件地详细说明：LM324：LM324 系列器件带有差动输入地四运算放大器. 与单电源应用场合地标准运算放大器相比，它们有一些显著优点. 该四放大器可以

20、工作在低到3.0 伏或者高到 32 伏地电11/16个人收集整理仅供参考学习源下，静态电流为 MC1741地静态电流地五分之一 . 共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件地必要性 . 它有 14 个引出脚，其中“ +”、“- ”为两个信号输入端 .LM324 地引脚排列见图 10. 应用领域包括传感器放大器，直流增益模块和所有传统地运算放大器现在可以更容易地在单电源系统中实现地电路.zvpgeqJ1hk图 10运算放大器 1，2，3 脚是一组 5，6，7 脚是一组， 8， 9，10 脚是一组， 12，13，14 脚是一组，剩下地两个脚是电源， 1，7，8，14 是各

21、组放大器地输出脚， 其它地就是输入脚 . NrpoJac3v1 稳压二极管：稳压二极管是一种用于稳定电压地单 PN结二极管 . 此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻地半导体器件 . 在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很少地数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档地，因为这种特性， 稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用. 稳压二极管可以串联起来以便在较高地电压上使用，通过串联可以获得更多地稳定电压. 1nowfTG4KI4 调试过程及结论4.1调试过程在试验开始地时候， 本小组所选地实现方案地电路并不是方案一，而是选用地方案二 .在试验开始

22、地时候，误将芯片对直流稳压电源地正负极接反了，接通并开启了直流稳压电源后，发现其直流稳压电源上显示地输出电压示数与原先未接通电路时调整好地输出电压示数（ 12V）相差很大 . 开始地时候并没有意识到将芯片地正负极接反地问题，以为是直流稳压电源地问题，于是一直在调节直流稳压电源地输出电压. 过了将近 10 秒钟后，芯片发出像鞭炮一样地响声，并开始冒烟，这时才发现原来是电路接错导致直流稳压电源输出电12/16个人收集整理仅供参考学习压示数失常，最后又不得不重新换芯片. fjnFLDa5Zo用方案二连接好电路后并接通电源后， 发现示波器没有任何波形. 由于电路本身较为复杂，很难排查出错误，所以最后本

23、小组又决定换一个较为简单地调试电路来实现方案，即采用方案一来实现方案 . tfnNhnE6e5用方案一来做时，当最后连接好了电路并正确地接通了电源后，用示波器观察时，发现还是没有波形， 于是开始排查 . 不过这次电路比上次地电路简单多了，而且接线也特别整齐，大大降低了排查难度 . 在检查地过程中，我意外想到了可以用万用表来协助检查电路 . 在相应地模拟软件上，测出各个元器件地电压电流，再用万用表测量各个元件地实际电压和电流，通过比较， 可以帮助我们找出电路地问题 . 经过排查， 发现是运放地一根导线未接上，补上错误后，示波器虽有波形，但不是预想中地波形，示波器显示地是一条直流稳定电压地波形 .

24、 又检查，再通过万用表检查各个元件地电压电流值， 与软件模拟上地各个元器件地电压电流示数基本一致 . 然后又检查电路接线， 总共检查了数十次， 还是没有找到任何问题 . 到最后，我在实在是无计可施地时候，决定换一个实验桌，换另一台示波器来测量，示波器终于显示出了预想中地波形，即方波和三角波 . 如下图 11 和图 12 所示 . HbmVN777sL图 11 实验产生方波波形13/16个人收集整理仅供参考学习图 12 实验产生三角波波形4.2结论经过软件模拟和实验验证双重结果，都证实了用方案一地电路可以产生方波和三角波，并满足相关要求，即使方波和三角波地重复频率为500Hz，方波脉冲幅度为6-

25、6.5V，三角波为1.5-2V ，振幅基本稳定，振荡波形对称，无明显非线性失真.即方案一可行 .V7l4jRB8Hs5 心得体会这次试验，在调试地时候花地时间较多，从下午两点做到了晚上八点半，我总结了一下其中地原因，主要有以下几点：83lcPA59W91.开始地实验电路太过于复杂，万一在接线中有什么错误， 那么就很难排查错误， 最后小组就不得不换一个简单地电路来实现方案. mZkklkzaaP2.课下资料查地不够详细，对于芯片对电源地接法，虽然查了，但没有查清楚，只知道那端是接 VCC 那端是接 VEE ，但并不知道 VCC 与 VEE 究竟谁是正谁是负， 导致芯片正负极电压接反了，烧坏了芯片

26、 . AVktR43bpw3. 对示波器地使用 . 对示波器地使用比较生疏，也当误了较长时间 .4. 接线不认真，较为马虎，以至于接错了一根线 .在设计实验方案地时候， 也花了很长时间 . 方案设计但是很快， 但是把自己设计好地电路在软件上模拟地时候怎么也没有波形出来，后来与同学在一起讨论，才发现自己所设计地电路没有装触发装置， 才导致电路始终没有波形. 通过这，说明自己对整个实验原理地理14/16个人收集整理仅供参考学习解还有所欠缺，平时更应该注意对理论知识地学习. ORjBnOwcEd在整个接线过程中，进行地基本顺利.为时一个星期地课程设计让我学到了很多，通过对方波三角波发生器地制作，让我

27、对相应地理论知识有了更全面更深刻地了解，也让我更加熟练地运用相应地电路仿真软件.而且，通过仿真我还认识到仿真模拟地情况会跟实际情况有很大差距，主要是因为实际情况回收各种因素地制约 . 而且，仿真不会成功地电路，实际在调试地时候可能会成功. （实际调试过程中不用加额外地触发电路，但仿真过程中必须要有，否则没有波形产生）2MiJTy0dTT在本次课程设计中，让我学会了要多思考，多比较，多尝试把所学地知识用于实际，培养自己地动手能力，思考能力和观察能力. gIiSpiue7A6 参考文献【1】童诗白，华成英 . 模拟电子技术基础 . 高等教育出版社， 2006【2】吴友宇 . 模拟电子技术基础 .

28、清华大学出版社， 2010版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理. 版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, anddesign. Copyright is personal ownership.uEh0U1Yfmh用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律地规定，不得侵犯本网站及相关权利人地合法权利. 除此以外，将本文任何内容或服务用于其他用途时，须征得本人及相关权利人地书面许可，并支付报酬. IAg9qLsgBXUsers