幅度频率可调的锯齿波发生器

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 模拟电子技术基础模拟电子技术基础课程设计（论文）课程设计（论文）题目：题目：幅度频率可调的锯齿波发生器幅度频率可调的锯齿波发生器院（系）：院（系）： 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 起止时间：起止时间： 本科生课程设计（论文）III课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语院（系）： 教研室： 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目幅度频率可调的锯齿波发生器幅度频率可调的锯齿波发生器课程设计（论文）任务设计参数：设计参数：（1）现设计

2、并制作能产生锯齿波波形信号输出的函数发生器。（2）设计电路所需的直流稳压电源。（3）输出的波形工作频率范围 0.02Hz1kHz 连续可调。（3）方波幅值10V，波峰峰值 20V；各种输出波形幅值均连续可调。设计要求：设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4 .组成系统。在一定幅

3、面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。进度计划第 1 天：集中学习；第 2 天：收集资料；第 3 天：方案论证；第 4 天：选择器件进行单元电路设计；第 5 天：单元电路设计及仿真；第 6 天：整体电路设计并仿真；第 7 天：电路焊接制板；第 8 天：焊接调试；第 9 天：完善设计；第10 天：答辩。指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日本科生课程设计（论文）IV摘 要在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波是常用的基本测试信号。在无线电通信，测量，自动化控制等技术领域广泛地应用着各种类型的信号

4、发生器此外，如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转板加上随时间作线性变化的电压锯齿波电压，使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。而电视机中显像管荧光屏上的光点，是靠磁场变化进行偏转的，所以需要要用锯齿波电流来控制。因此锯齿波发生器是我们在学习，科学研究等方面不可缺少的工具。设计由直流稳压电源、积分电路和迟滞比较器三部分组成。其中直流稳压电源由集成稳压器和多种电容元件构成，为信号发生器提供稳定的电压。积分电路和迟滞比较器皆由运算放大器组成。迟滞比较器产生的矩形波经

5、积分电路转换为锯齿波。由此设计电路，经过 MULTISIM 仿真，基本满足设计要求。通过焊接调试，得到预期波形。调节电阻，锯齿波频率、幅度改变。关键词：锯齿波发生器；直流稳压电源；积分电路；迟滞比较器本科生课程设计（论文）V目 录第 1 章 绪论 .11.1 幅度频率可调的锯齿波发生器概况 .11.2 本文研究内容 .1第 2 章 幅度频率可调的锯齿波发生器电路设计 .22.1 幅度频率可调的锯齿波发生器总体设计方案 .22.2 具体电路设计 .22.2.1 迟滞比较器电路设计 .22.2.2 积分器电路设计 .42.2.3 直流稳压电源电路设计 .42.3 元器件型号选择 .62.4 MUL

6、TISIM 仿真、数据分析.72.5 实物焊接、调试与测试 .9第 3 章 课程设计总结 .10参考文献 .11元器件清单 .12本科生课程设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 幅度频率可调的锯齿波发生器概况人类社会已经进入信息化时代，信息社会的发展离不开电子产品的发展。锯齿波和正弦波、三角波是常用的基本测试信号。此外，如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转板加上随时间作线性变化的电压锯齿波电压，使电子束沿水平方向均匀搜索荧光屏。而电视机显像管荧光屏上的光点

7、，是靠磁场变化进行偏转的，所以需要用锯齿波电流来控制。因此，锯齿波在实际中有广泛的应用。由于不同的电子产品可能需要不同频率及幅度的锯齿波，设计可调电阻就会得到与它匹配的波形，从而使得它能正常工作，使它的工作效率达到最高。1.2 本文研究内容根据频率可调锯齿波发生器设计的要求及技术指标设计电路：设计要求：对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案设计一个锯齿波发生器和一个稳压源。设计各单元电路，即直流稳压电源、积分电路和迟滞比较器。功能要求：输出的波形工作频率范围 0.02Hz1kHz 连续可调；方波幅值10V，波峰峰值

8、 20V；各种输出波形幅值均连续可调。本科生课程设计（论文）2第 2 章 幅度频率可调的锯齿波发生器电路设计2.1 幅度频率可调的锯齿波发生器总体设计方案方案(一)设计一个集成电路，可以直接对其进行调频调幅。这种电路的性能好，而且使用能力强，工作范围大。但是这种电路大多采用集成元件，成本较高。并且它的工艺要求较高，焊接等技术要求都很高。因此不易选择此设计方案。方案(二)设计一个锯齿波发生器和一个稳压源。锯齿波发生电路需要同相输入迟滞比较器和充放电时间常数不等的积分器构成。这种设计基于电路简单，性能较为良好，器件选择灵活,并且器件价格便宜。因此本次设计选择此方案，总体设计框图如图 1。 图 1

9、总体设计框图2.2 具体电路设计2.2.1 迟滞比较器电路设计滞回比较器具有电路简单、灵敏度高等优点。在比较电路当中，如果输入电压受到干扰或噪声的影响，在门限电平上下波动，则输出电压将在高、低两个电平之间反复地跳变，如在控制系统中发生这种情况，将对执行机构产生不利的影响。滞回比较器则克服了单限比较器的这种缺陷。滞回比较器又名施密特触发器，其电路如图 2 所示。本科生课程设计（论文）3图 2 滞回比较器电路原理图输入电压 Ui 经电阻 R2加在集成运放的反相输入端，参考电压 Uref 经电阻R1接在同相输入端，此外从输出端通过电阻 Rf 引回同相输入端。电阻3R 和背靠背稳压管 VDz 的作用是

10、限幅，将输出电压的幅度限制在Uz。图 3 滞回比较器的传输特性在本电路中，当集成运方反相输入端与同相输入端的电位相等，即 U+=U-时，输出端的状态将发生跳变。其中 U+则由参考电压 Uref 及输出电压 Uo 二者共同决定，而 Uo 有两种可能的状态：+Uz 或Uz。由此可见，这种比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状，如图 3所示。其门限宽度 U 的值取决于稳压管的稳定电压 Uz 以及电阻 R2和 Rf 的值，但与参考电压 Uref 无关。也就是说，当 Uref 增大或减小时，滞回比较器的传输特性将平行地右移或左移，但滞回曲线的宽度将保持不变。说明滞回比较器的抗干扰能力强。当输入

11、信号受干扰或噪声的影响而上下波动时，只要根据干扰或噪声电平适当调整滞回比较器两个门限电平 UT和 UT的值，就可以避免比较器的输本科生课程设计（论文）4出电压在高低电平间反复跳变。2.2.2 积分器电路设计 图 4 积分电路积分电路时一种应用比较广泛的模拟信号运算电路，它是组成模拟计算机的基本单元，可以实现对微分方程的模拟。同时，积分电路也是控制和测量系统中常用的重要单元，利用其充放电过程可以实现延时、定时以及各种波形的产生。电路组成如图4，根据理想运放工作在线型区时“虚短”和“虚断”的特点可知：电路的输出电压 Uo 与电容两端的电压 Uc 成正比，而电路的输入电压 Ui与流过电容的电流 ic

12、 成正比，即 Uo 与 Ui 之间成为积分运算关系。由于集成运放的反相输入端“虚地” ，故 Uo=-Ui，可见输出电压与电容两端电压成正比。又由于“虚断” ，运方反相输入端的电流为零，则 cii=，故RiiRUci=1即输入电压与流过电容的电流成正比。由以上几个表达式可得： （1）由此可知，当输入电压为矩形波时，通过积分换算，输出电压即可转变为三角波。2.2.3 直流稳压电源电路设计 直流稳压电源是提供直流电压的电源设备，由电源变压器，整流，滤波，和稳压电路四部分组成，如图 5所示。图示为由分立元件组成的串联型稳压电源的本科生课程设计（论文）5电路图，其整流部分为单相桥式整流电路，滤波部分为电

13、容滤波电路，稳压部分为串联稳压电路. 对输入电压的要求，输入电压的选取原则是，在最坏的条件下仍能保证调整管处于放大状态，不能饱和. 对调整管的要求，晶体管的额定电流Icm 应大于输出电流.晶体管的耐压应高于输入电压，晶体管的最大允许耗散功率应大于调整管集电极最大功率。图 5 直流稳压电源的组成 图 6 直流稳压电源电路 1）电源变压器 将电网交流电压变为整流电路所需的交流电压，一般次级电压 u2 较小。 2）整流电路 将变压器次级交流电压 u2 变成单向的直流电压 u3，它包含直流成份和许多谐波分量。3）滤波电路 滤除脉动电压 u3 中的谐波分量，输出比较平滑的直流电压u4。该电压往往随电网电

14、压和负载电流的变化而变化。4）稳压电路 它能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流电压的稳定。它是直流稳压电源的重要组成部分，决定着直流电源的重要性能指标。 具体设计如图 6 ：电路中 LM7812CT 为稳压器，当输入电压为一定时，整本科生课程设计（论文）6个电路进入正常工作状态，输出电压应为12V，仿真结果 C4两端电压为12.549V。因此，输出电压符合本实验运放所需的 VCC= -VEE = 12V。2.3 元器件型号选择图 7所示为一个锯齿波发生电路。图中集成运放 A1组成滞回比较器；二极管VD1、VD2和电位器 Rw，使积分电路的充放电回路分开，故 A2组成充放电时间常数不等的

15、积分电路。调节电位器 Rw 滑动端的位置，使 Rw1远小于 Rw2，则电容放电的时间常数将比充电的时间常数小得多，于是放电过程很快，而充电过程很慢，即可得锯齿波。滞回比较器输出的矩形波加在积分电路的反相输入端，而积分电路输出的锯齿波又接到滞回比较器的同相输入端，控制滞回比较器输出端的状态发生跳变，从而在 A2的输出端得到周期性的锯齿波。 图 7 幅度可调锯齿波发生器整体电路假设初始时刻滞回比较器输出端为高电平，而且假设积分电容上的初始电压为零。由于 A1同相输入端的电压 U+同时与 Uo1和 Uo 有关，根据叠加原理，可得： （2） 则此时 U+也为高电平。但当 Uo1=+Uz 时，积分电路的

16、输出电压 Uo 将随着时间往负方向线性增长，U+随之减小，当减小至 U+ = U- =0时，滞回比较器的输出端将发生跳变，使 Uo1=-Uz，同时 U+将跳变为一个负值。以后，积分电路的输出电压将随着时间往正方向线性增长，U+也随之增大，当增大至 U+=U-=0时，滞本科生课程设计（论文）7回比较器的输出端再次发生跳变，使 Uo1=+Uz,同时 U+也跳变为一个正值。然后重复以上过程，于是可得滞回比较器的输出电压 Uo1为矩形波，而由于积分电路的充放电时间不等，故积分电路输出电压 Uo 为锯齿波。如图 8所示： 图 8 锯齿波发生电路的波形图由上图可知，当 Uo1发生跳变时，锯齿波输出 Uo

17、达到最大值 Uom，而 Uo1发生跳变的条件是：U+ = U- = 0，将条件 Uo1 = - Uz，U+ = 0代入（2）式，可得： （3）由此可解得锯齿波输出的幅度为： （4）要使得幅度可调，由（4）式可知，改变参数 R1即可，所以实际电路中 R1采用滑本科生课程设计（论文）8动变阻器；调节滑动变阻器即可改变锯齿波的输出幅度,从而满足设计要求。2.4 MULTISIM 仿真、数据分析幅度可调锯齿波发生电路包括两部分，一是由集成运算放大器组成的滞回比较器电路，二是由集成运算放大器组成的积分电路。它的主要元器件包括集成运算放大器、电容、电阻、可调电位器、二极管、稳压管等。图 9 幅度可调锯齿波

18、仿真图 10 仿真结果本科生课程设计（论文）9将滞回比较器的输出电压接在示波器通道 A 一端，积分电路的输出电压接在示波器的通道 B 一端，如图 9，便可对电路进行仿真，得出仿真结果，如图 10。为满足锯齿波 010v 幅度可调以及调试的方便，我们取 R1 为 10k 的可调滑动变阻器,R3=7.8k，R6=4.7k,稳压管的幅度为 6.2v。由（3）式可知：锯齿波的最大幅度理论值为：Uom =（ R1+R6）/R3*Uz=14.7/7.8*5=约 10v 。电路中采用的是虚拟器件，因此有可能影响仿真结果，由图 10 可知，仿真时锯齿波的最大幅度可达 11.2v，比理论值稍大。仿真结果同预期结果大体相同。2.5 实物焊接、调试与测试按照图 9 焊接实物，如图 11 连接实物并进行调试与测试,得到波形图 12，与仿真结果大体相同，符合设计要求。图 11 实物焊接及其调试与测试本科生课程设计（论文）10 图 12 锯齿波与方波调试结果本科生课程设计（论文）11第 3 章 课程设计总结本次课程设计要求设计频率幅度可调的锯齿波发生器，根据所学的知识以及在图书馆、上网查阅资料，对题目的要求进行了电路的设计。然后进行细节的分析，理论的验证，进行对比，决定了一套最适合方案。为了做好