课程设计——波形发生器

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1、1.1.概述概述 波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控 制系统和教学实验等领域。函数信号发生器是一种能够产生多种波形， 如三角波、锯齿波、矩形波（含方波） 、正弦波的电路。函数信号发生器 在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。通过对函数波形发生器 的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函 数波形发生器。本课程采用采用 RC 正弦波振荡电路、电压比较器、积分 电路共同组成的正弦波方波三角波函数发生器的设计方法。先通过 RC 正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过 积分电路形成三角波。 简易波形发生器 1 2 2设计方案设计方案

2、 采用 RC 正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波 方波三角波函数发生器的设计方法。 先通过 RC 正弦波振荡电路产生 正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。 文氏桥振荡器产生正弦波输出， 其特点是采用 RC 串并联网络作为选频和 反馈网络，其振荡频率 f=1/2RC.改变 RC 的值，可得到不同的频率 正弦波信号输出。用集成运放构成电压比较器，将正弦波变换成方 波输出。用运放构成积分电路，将方波信号变换成三角波。 原理框图如图 2-1 图 2-1 设计方案一框图 文氏桥振荡器 方波形成电 路 三 角 波 形 成电路 频率选择控制 直流电源 简易波形发生

3、器 2 3. 设计原理 3 3.1.1 正弦波产生电路正弦波产生电路 正弦波由 RC 桥式振荡电路（如图 3-1 所示） ，即文氏桥振荡电路产 生。文氏桥振荡器具有电路简单、易起振、频率可调等特点而大量应用 于低频振荡电路。正弦波振荡电路由一个放大器和一个带有选频功能的 正反馈网络组成。其振荡平衡的条件是 AF1 以及a+f=2n。其中 A 为放大电路的放大倍数，F 为反馈系数。振荡开始时，信号非常弱，为 了使振荡建立起来，应该使 AF 略大于 1。 放大电路应具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻以减少 放大电路对选频特性的影响，使振荡频率几乎仅决定于选频网络，因此 通常选用引入电压串联

4、负反馈的放大电路。正反馈网络的反馈电压 Uf是 同相比例运算电路的输入电压，因而要把同相比例运算电路作为整体看 成电路放大电路，它的比例系数是电压放大倍数，根据起振条件和幅值 平衡条件有 3 1 1 R Rf Av （Rf=R2+R1/D1/D2） 且振荡产生正弦波频率 Rc f 2 1 0 图中 D1、D2 的作用是，当 Vo1 幅值很小时，二极管 D1、D2 接近开 路， 近似有 Rf9.1K2.7K11.8K， ， Av=1+Rf/R1=3.3=3,有利于起振； 反之当 Vo 的幅值较大时，D1 或 D2 导通，Rf 减小，Av 随之下降，Vo1 幅 值趋于稳定。 简易波形发生器 3 3

5、-1 正弦波产生电路 3.23.2 正弦波正弦波方波方波产生电路产生电路 如图,Vo1 为正弦信号输入，经过迟滞比较器 u2 后输出方波 Vo2。电 路工作原理：运放同相端接基准电压，即 U+=0,反相端输入电压 Vo1，R8 称为平衡电阻。当比较器的 U+=U-=0 时，输出 Vo2 从高电平跳到低电平, 或从低电平跳到高电平。此时 Vo2 7 6 VVo1 R R th 由于 Vo2=Vz,可得上、下门限电压为 Vz 7 6 V R R t Vz 7 6 V R R t 正弦波输入信号 Vo1 在上升到 Vt+之前，Vo2 保持不变，超过 Vt+后 Vo2 翻转，直到 Vo1 下降到 Vt

6、-，Vo2 再翻转，如此反复便形成 Vo2 方波 输出。 简易波形发生器 4 图 3-2 正弦波三角波产生电路 3.3 3.3 方波方波三角波三角波变换电路变换电路 图 3-3 方波三角波变换电路 此电路由反相输入的过零比较器和 RC 电路组成。RC 回路既作为延 迟环节，又作为反馈网络，通过 RC 充、放电实现输出状态的自动转换。 设某一时刻输出电压 Uo=+Uz,则同相输入端电位 Up=+UT。 Uo 通过 R3 对电 容 C 正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位 n 随时间 t 的增 简易波形发生器 5 长而逐渐增高，当 t 趋于无穷时，Un 趋于+Uz；但是，一旦 Un0,Uo 从 +Uz 跃变为-Uz,与此同时 Up 从+Ut 跃变为-Ut。随后，Uo 又通过 R3 对电 容 C 反向充电，如图中虚线箭头所示。Un 随时间逐渐增长而减低，当 t 趋于无穷大时，Un 趋于-Uz；但是，一旦 Un0,Uo 就从-Uz 跃变为+Uz， Up 从-Ut 跃变为+Ut，电容又