多波形发生器.docx

五邑大学信息工程学院

课程设计报告

课程名称：低频电子线路设计
专业：通信工程
班级：AP08054
学号：
姓名：
指导教师：
设计时间：
评定成绩：

设计课题题目：______多波形信号发生器______________

一、设计任务与要求
1．任务：设计制作一个能输出正弦波、锯齿波、矩形波的信号发生器；
2．要求：
（1）输出频率调节范围：100Hz～100kHz；
（2）输出电压调节范围：正弦波有效值Vo=（0~5）V，锯齿波、矩形波峰峰值Vopp=（0~10）V；
（3）在负载电阻上的电压峰-峰值Vopp≥6V；
（4）矩形波占空比调节范围：10%~90%；
（5）锯齿波上升和下降的时间比调节范围：10%~90%；
（6）*供电电源电压：220V/50Hz。（可选）

二、课题分析与方案选择
根据实验要求，要产生频率和幅度可调的正弦波、矩形、锯齿波，给定LM324集成运放为核心器件，选用RC振荡器来产生低频信号，并利用运算放大器构成反馈振荡、滞回比较器、积分器来实现实验要求。
方案一、首先通过RC正弦波产生电路及选频网络产生频率可调的正弦信号，然后通过电压比较器将正弦信号转换成同频率的方波信号、通过积分器将方波信号转换成同频率的锯齿波，最后，接调幅网络后即可输出幅度、频率可调的正弦、方波、锯齿波信号。
正弦波
方波
积分器
电压比较器
RC正弦波振荡电路及选频网络

矩形波输出
锯齿波输出
正弦输出

根据实验要求输出频率要求调节范围是100Hz～100kHz，正弦波有效值Vo=（0~5）V，锯齿波、矩形波峰峰值Vopp=（0~10）V；由于矩形波是将正弦波信号转化，而在频率较高的情况下，正弦波的调试会给后级带来影响，可能导致失真或者达不到要求的范围，综合考虑，不选用方案一。
方案二、在方案一的基础上做出修改，把正弦波跟矩形波、锯齿波分开，正弦波还是由RC串并联振荡器产生，而矩形、锯齿波则用锯齿波发生器实现，原因是锯齿波就是由矩形波通过积分器的冲放时间改变而成，在最后接到比例运算放大器输出。

方波
积分器
电压比较器
RC正弦波振荡电路及选频网络

反馈

矩形波输出
锯齿波输出
正弦输出

比例运放

经过分析，分成两部分后，操作性和稳定性相对与方案一来说都有所提高，最后通过比例运放也使输出解决带载能力可能不够的问题，因此选用方案二为实验最终方案
三、单元电路分析与设计
1．原理分析
正弦波:振荡是电路的自激振荡，由直流信号变成正弦信号的过程。它是由放大、反馈、选频和稳幅环节组成，属于正反馈回路为放大环节。Rf和RC串并联构成正负反馈，RC串并联也是选频环节，两个1N4007组成稳幅环节。（原理图见以下仿真电路）
对RC串并联网络，其反馈网络反馈系数为：

可见，当ω=ω0=1/RC或f=f0=1/2πRC时，幅频响应有最大值为Fvmax=1/3，此时的相频响应为。在调节R和C的参数时，可实现频率谐振；在频率谐振的过程中，电路不会停止振荡，也不会使输出幅度改变。因此，该选频网络决定信号发生器的输出信号频率。
对于振荡的建立及稳定过程分析如下：当ω=ω0=1/RC时，经ＲＣ选频网络传输到放同相端的电压Ｖｆ与Ｖｏ同相，即有φｆ＝０．这样放大电路和由Ｚ１和Ｚ２组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，满足相位平衡条件，则有可能振荡。若再满足Ａｖ＝１＋Ｒｆ／Ｒ１略大于３，则能在该网络内形成比较稳定的自激振荡。
矩形波和锯齿波。主要由滞回比较器的翻转使产生矩形波，再利用积分电路的充放电时间常数不同产生锯齿波。（原理图见以下仿真电路）
假定刚开始时，滞回比较器输出高电平，即u01=+Uz,且积分电容上的初始电压为0，有u0=-uc=0。此时u+=u01*R5/(R5+R13)+u0*R3(R5+R13),为高电平。这时u01=Uz通过D2，RW2向电容C充电，对应时间断为Th，当u0=-uc增长到使u+减少到0，滞回比较器会翻转，输出u01=-Uz。电容器放电通过D1,RW1,对应的时间是Tl，当u0=-uc增大到0，滞回比较器翻转，u01=Uc.锯齿波幅度为U0m=UZ*R13/R5
TH=(2R13Rw1C)/R5,TL=(2R13Rw2C)/R5
T=TH+TL=(2RwR13C)/R5

2．仿真分析

正弦波输出波形如上图，经过仿真发现输出频率范围是100Hz~50KHz，并且接近到50KHz的时候已开始失真，经分析应该是元器件的限制。

矩形波和锯齿波输出如上图，经仿真发现输出频率可80Hz~5KHz，占空比调节范围可以达到10%~90%，当频率接近5KHz的时候同样出现失真的情况，应该是元器件受限

3．电路设计计算
正弦波部分元件参数计算及选取：Ａｖ＝１＋Ｒｆ／