多种波形发生器的设计与制作

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1、课题三多种波形发生器的设计与制作方波、三角波、脉冲波、锯齿波等非正弦电振荡信号是仪器仪表、电子测量中最常用的波形，产生这些波形的方法较多。本课题要求设计的多种波形发生器是一种环形的波形发生器，方波、三角波、脉冲波、锯齿波互相依存。电路中应用到模拟电路中的积分电路、过零比较器、直流电平移位电路和锯齿波发生器等典型电路。通过对本课题的设计与制作，可进一步熟悉集成运算放大器的应用及电路的调试方法，提高对电子技术的开发应用能力。1、设计任务设计并制作一个环形的多种波形发生器，能同时产生方波、三角波、脉冲波和锯齿波，它们的时序关系及幅值要求如图3-3-1所示。图3-3-1波形图设计要求：

2、⑴四种波形的周期及时序关系满足图3-3-1的要求，周期误差不超过。⑵四种波形的幅值要求如图3-3-1所示，幅值误差不超过。⑶只允许采用通用器件，如集成运放，选用F741。要求完成单元电路的选择及参数设计，系统调试方案的选取及综合调试。1、设计方案的选择由给定的四种波形的时序关系看：方波决定三角波，三角波决定脉冲波，脉冲波决定锯齿波，而锯齿波又决定方波。属于环形多种波形发生器，原理框图可用3-3-2表示。图3-3-2多种波形发生器的方框图仔细研究时序图可以看出，方波的电平突变发生在锯齿波过零时刻，当锯齿波的正程过零时，方波由高电平跳变为低电平，故方波发生电路可由锯齿波经一个反相型

3、过零比较器来实现。三角波可由方波通过积分电路来实现，选用一个积分电路来完成。图中的uB电平显然上移了+1V，故在积分电路之后应接一个直流电平移位电路，才能获得符合要求的uB波形。脉冲波的电平突变发生在三角波uB的过零时刻，三角波由高电平下降至零电位时，脉冲波由高电平实跳为低电平，故可用一个同相型过零比较器来实现。锯齿波波形仍是脉冲波波形对时间的积分，只不过正程和逆程积分时常数不同，可利用二极管作为开关，组成一个锯齿波发生电路。由上，可进一步将图3-3-2的方框图进一步具体化，如图3-3-3所示。图3-3-3多种波形发生器实际框图器件选择，设计要求中规定只能选用通用器件，由于波形

4、均有正、负电平，应选择由正、负电源供电的集成运放来完成，考虑到重复频率为100Hz(10ms),故选用通用型运放F741（F007）或四运放F324均可满足要求。本设计选用F741。其管脚排列及功能见附录三之三。1、单元电路参数设计（1）方波产生电路—反相型过零比较器选择电路如图3-3-4所示。图中，A1工作于开环，R1为运放输入端保护电阻取R1=10K，R2为稳压二极管的限流电阻，取值一般在（1—3）K之间，取R2=1K。因UA幅值为5V，故输出端接两只稳压二极管使输出高、低电平在5V左右，查晶体管手册，选用稳压二极管为2CW53（UZ=4.0~5.8V）两只。必要时可通过晶

5、体管图示仪进行挑选，以满足幅值要求。图3-3-4反相型过零比较器电路（2）三角波产生电路—基本积分电路选择电路如图3-3-5所示，图中与C1并联的1M电阻主要是为了减小积分漂移，取值应大于R3。图3-3-5积分电路由波形图知，当uA为高电平5V，经过积分电路在5ms时间内，应下降4V，故参数计算如下：由积分电路知：*UA*=U′Bm,即50.005=4w得R3C1=6.2510s取C1=0.1uF,则R3=62500取R3=62K，R4=R3=62KU′B的波形如图3-3-6。图3-3-6积分电路输出波形图（3）直流电平移位电路将图3-3-6的U′B波形与图3-3-1的UB波形

6、比较，为了得到UB的波形，必须将U′B波形上移3V，由直流电平移位电路来实现，如图3-3-7所示。图3-3-7直流电平移位电路若取R5=10K,Rp1=10K时，A3的③脚为零电平，调Rp1活动端使RP1减小，电平上升。由于C2的隔直作用，只需将③脚电平设置在+1V，与U′B叠加。A3为电压跟随器，UB与③脚波形相同。由上，取R5=10K，RP1为10K电位器，C1取10uF。（4）脉冲波电路设计—同相型过零比较器选择电路如图3-3-8所示。图中，取R6=10K，R7=1K，当uB>0V,A4的⑥脚输出高电平，D1、D2导通并钳位，若取两只硅二极管串取，可得uC=1.4V。若U

7、B<0,⑥脚输出低电平接近-Vcc，D1、D2截止，稳压管稳压为-5V。取稳压管为2CW53、二极管为2CP10。图3-3-8脉冲波形成电路（5）锯齿波发生器—积分电路由上所述，由于uD的正程和逆程斜率不同，即积分电路充、放电时常数不等。故对uC为高、低不同电平时，采用二极管隔离输入回路。如图3-3-9所示。图3-3-9锯齿波发生电路工作原理如下：当uC=1.4V>0时，D3导通，D4截止，忽略二极管导通时的动态电阻，积分时常数为=R8C3，形成锯齿波的逆程。当uC=-5V<0时，D3截止，