方波-三角波产生电路的设计

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1、武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书方波-三角波产生电路的设计1技术指标设计一个方波-三角波产生电路，要求方波和三角波的重复频率为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。2设计方案及其比较产生方波、三角波的方案有多种，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，比较器输出的方波经积分器得到三角波。2.1方案一非正弦

2、波发生器的组成原理是电路中必须有开关特性的器件，可以是电压比较器，、集成模拟开关、TTL与非门等；具有反馈网络，它的作用是通过输出信号的反馈，改变开关器件的状态；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。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的。但此时要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。如图1所示为该电路设计图。由集成运算放大器构成的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

3、运放组成的积分电路所构成的方波和三角波发生器。构成迟滞比较器，用于输出方波；构成积分电路，用于把方波转变为三角波，即输出三角波。69武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书图1方案一电路设计图U1构成迟滞比较器，同相端电位由和决定。利用叠加定理可得：当时，U1输出为正，即当时，U1输出为负，即构成反相积分器，为负时，正向变化;为正时，负向变化。当时，可得：当上升使略高于0v时，U1的输出翻转到同样，时，当下降使略低于0时，。这样不断重复就可以得到方波和三角波，输出方波的幅值由稳压管决定，被限制

4、在之间。积分电路的输入电压是滞回比较器的输出电压，而且不是，就是，所以输出电压的表达式为：69武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书(1)式中为初态时的输出电压。设初态时正好从跃变为，即该式又可写为：(2)积分电路反向积分，随时间的增长线性下降，根据迟滞比较器的电压传输特性，一旦，再稍减小，将从跃变为，使得二式变为：稳压管的稳定电压直接决定输出方波的幅度大小，即方波的幅度为：三角波的幅度为：（3）方波、三角波的频率为：（4）其中，由上式可看出调节电位器可改变三角波的幅度，但会影响方波、三角波

5、的频率；调节电位器可改变方波、三角波的频率，但不会影响方波、三角波的幅度。根据实验的技术指标，要求方波和三角波的重复频率为500Hz，方波脉冲幅度为6-6.5V，三角波为1.5-2V，再结合已经给定的实验器材，我们可以取：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，不断调整滑阻阻值的大小，通过观察波形的幅度和频率，来确定滑阻滑片的位置。通过仿真，确定了滑阻滑片的位置，调节滑片位置，使得与的值均为69武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书如

6、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，该图的基本原理是：前半部分的电路构成一个RC正弦波振荡电路，用于产生正弦波，具体细节见如下图3（对原电路图的部分放大）所示：由构成一个正反馈兼选频网络。取输出电压为，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，反馈系数为F即令则代入上式得出：（5）即当时，69武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书图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的放大

7、电路就可构成RC正弦波振荡电路构成负反馈网络，取2端电压为，3端电压为，由以上分析可知，又（6）由上式代入得：考虑到起振条件，所选放大电路的电压放大倍数应略大于3。由于要求方波和三角波的重复频率为500Hz，即再结合已经给定的实验器材，我们可以取：69武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书图4方案二电路部分结构明细图再看中间的部分，如上图4所示：运放与二极管一起构成电压比较器，用于将输入的正弦波转成方波，起分压作用，防止因电压过大而损坏二极管。为稳压管，用于控制其输出波形的幅度大小，与的功能

8、一样，用来保护稳压管不被损坏。稳压管的稳定电压直接决定输出方波的幅度大小。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，取左端电压为，流经的电流为，流经的电流为电路中，中电流等于电阻R中电流输出电压与电容电压关系为而电容电压等于其电流的积分，故求解得：（7）69武汉理工大学《专业课程设计（一）》课程设计说明书图5方案二电路部分结构明细图已知三角波的重复频率为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