基于运算放大器三角波发生器__

1、河南城建学院模拟电子技术课程设计任务书题目：基于运算放大器的三角波发生器学院（系）：年级专业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 河南城建学院课程设计（论文）任务书院（系）：电气与信息工程学院 自动化 学 号学生姓名专业（班级）设计题目基于运算放大器的三角波发生器设计技术参数利用运算放大器产生幅值和频率单独可调的三角波，其中最大幅值为2.5V，频率范围在100到1000Hz。设计要求1：完成题目的理论设计模型；2：给出系统原理图、关键器件的参数及设计依据；3：完成电路的multisim仿真；工作量1：完成一份设计说明书（其中包括理论设计的相关参数以及仿真结果）；2：提交一份电路原理图；工作计划

2、周一上午到周二上午，教室内做理论设计；周二下午到周五上午，自己有计算机的同学在教室内做multisim仿真，没有计算机的同学到实验室进行电路仿真；周五下午，教室内整理设计材料、准备撰写设计说明书参考资料1:基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计；2：模拟电子技术；3：电路理论；4：数字电子技术；指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。2013年6月28日目 录第一章 设计的意义4第二章 设计原理5一、方波的产生5根据翻转条件，令上式右方为零，得此时的输入电压7二、三角波的产生8第三章 仿真图结果分析10第四章 课程设计结论12第五章 心得体

3、会12参考文献13第一章 设计的意义人们在认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的电子信号进行测量，因而如何根据被测量电子信号的不同特征和测量要求，灵活、快速的选用不同特征的信号源成了现代测量技术值得深入研究的课题。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和实验测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。波形发生器就是信号源的一种，能够给被测电路提供所需要的波形。传统的波形发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复

4、杂，不能根据实际需要灵活扩展。随着微电子技术的发展，运用单片机技术，通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波、方波、三角波、锯齿等幅值可调的信号。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小，输出稳定，可靠性高，特别是操作简单方便。波形函数信号发生器广泛地应用于各种场所。函数信号发生器应用范围广阔，测量，控制，通信、广播、电视系统中，常常需要频率可变和幅度可调的信号发生器。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。函数信号发生器，能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫，在电路

5、实验和设备检测中具有十分广泛的用途。而我设计的三角波发生器原理为：通过将滞回电压比较器的输出信号通过RC电路反馈到输入端，可组成矩形波信号发生器，然后经过积分电路产生三角波的输出。其优点是制作成本低，电路简单，使用方便，频率和幅值可调，具有实际的应用价值。此外，对于电气专业的学生，对函数信号发生器的设计，仿真，制作已成为最基本的一种技能，也是一个很好的锻炼机会，是一种综合能力的锻炼，它涉及基本的电路原理知识，仿真软件的使用，以及电路的搭建，既考验基础知识的掌握，又锻练动手能力。故此次课程设计具有非凡的意义。第二章 设计原理产生方波、三角波的方案有多种，根据所学知识及设计要求，本次设计主要采用比

6、较器和积分器同时产生方波和三角波，其中电压比较器产生方波，对其输出波形进行一次积分产生三角波。采用直流电压信号与积分电路相连，从而改变三角波和方波的频率。该电路的优点是十分明显的：1、线性良好，稳定性好；2、频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便的连续的改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；3、三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。电压比较电路产生方波积分电路产生三角波一、方波的产生方波的产生有很多种方法，而用运算放大器的非线性应用电压比较器，是一种产生方波的最简单的电路之一。如图所示，是在单门限电压比较器的基础上加上部分正反馈构成的迟滞电压比较器，其中D1、D2为

7、双向稳压管。图中双稳压管用于输出电压限幅，R3起限流作用，R1和R1构成正反馈，运算放大器当up>un时工作在正饱和区，而当un>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，有根据翻转条件，令上式右方为零，得此时的输入电压Uth称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图3-2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，

8、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。运放LM324介绍图2 LM324的引脚排列LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。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。 图 5.4.1 LM324的引脚排列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，

9、表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2。 二、三角波的产生三角波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。由于方波或矩形波包含极丰富的谐波，因此这种电路又称为多谐振荡电路。它是在迟滞比较器的基础上，增加了一个由R、C组成的积分电路,把输出电压经过R、C反馈到比较器的反相端.在比较器的输出端引入限流电阻R和两个背靠背的双向稳压管就组成了双向限幅房波发生电路。由于比较器中的运放处于正反馈状态，因此一般情况下，输出电压与输入电压不成线性关系，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入电压才可近似等于零。如需产生占空比小于或大于50%的矩形波，只需

10、适当改变电容C的正 反向充电时间常数即可。常用的三角波发生电路如图所示：当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，能自动产生方波与三角波。三角波（或方波）的频率为： 式中表明，若要维持三角波的幅值不变，则R2、R3的比值应固定，调节R4或C的值可以改变三角波的频率。相关参数计算如下： （uo1 - 0）/ R3=(0- uo2 )/ R2即 uo2 =(- R2/ R3）uo1 因设计要求最大幅值为2.5V，也就是uo2 最大为2.5V，取R2 = 50k，R3 = 100k，则 uo1 =5V，让稳压管稳压到5V。根据频率公式 ，

11、因R3/R2=2，所以：f=1/2 R4C。在选频网络中，取R4=500，根据频率的变化范围1001000HZ，可求得电容C如下：f=1/2 R4C=1/2*500*C=100HZC=1/2*500*100=10uf同理 当取1000时，f=1/2 R4C=1/2*500*C=100HZC=1/2*500*1000=1uf所以选择可变电容器的范围在之间变化,与电容并联，总电容在内变化，而且保持两个可变电容同时变化。第三章 仿真图结果分析系统仿真电路图如下所示：方波输出波形图：图中，纵向每格表示5V，横向每格为10ms。 三角波输出波形图:图中，纵向每格表示5V，横向每格为10ms。如上图所示，

12、运放1输出端输出稳定的方波波形，幅值为5V；运放2输出端输出稳定的三角波波形，幅值为2.5V，频率在100到1000Hz内可调。仿真结果达到设计任务的要求。第四章 课程设计结论根据设计任务对频率及幅值的要求，绘制出设计如上图所的电路原理图，经过理论推导及计算，控制电容器的总电容从1uf到10uf，当电容为1uf时对应的频率为1000HZ，当电容为10uf时，频率为100HZ，调节电容器的值，可以使输出波形的频率在100到1000HZ之间变化，可以达到频率为100HZ到1000HZ的要求；经过对稳压管及电阻的控制，可以使幅值稳定在2.5V左右，满足了设计要求。第五章 心得体会通过这次课程设计，我

13、学到了很多的东西，不仅巩固了所学的知识，而且学到了很多在书本上学不到的东西,初步熟悉了multisim这个平台的使用方法。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实际相结合起来，从理论中得出结论，才是真正的知识，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到了各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学的知识理解不够深刻，掌握的不够牢固，通过这次课程设计，把以前所学过的知识重新温故，巩固了所学的知识。在此衷心感谢指导我的课程设计的老师，是你让我有了新的进步，谢谢你！参考文献1 【美】赛尔吉欧.佛郎哥.基于运算放大和模拟集成电路的电路设计2 康华光. 模拟电子技术M. 高等教育出版社3 阎石主数字电子技术M. 高等教育出版社、河南城建学院课程设计评审意见表指导教师评语：该生学习态度 （认真 较认真 不认真） 该生迟到、早