设计题目如何实现正弦波方波与三角波信号之间的变换.doc 15 – 内蒙古工业大学信息工程学院 课程学习报告 设计题目:如何实现正弦波、方波与三角波信号之间的变换 课程名称: 模拟电子技术 班 级: 通信 10-1 班 姓 名: 学 号: 成 绩: 指导教师: 设计题目:如何实现正弦波、方波与三角波信号之间的变换 一、课题设计任务与要求 1、输出电压:0-1V之间 2、频率范围:20Hz-20kHz之间 3、信号频率:1KHz的正弦波、2KHz的方波和三角波 任务如下: 1KHz的正弦波 2KHz的正弦波 2KHz的方波 2KHz的三角波 二、总体电路设方案 (1)函数信号发生器设计思路 ①产生正弦波可以通过RC文氏电桥正弦波振荡电路,通过控制RC的值达到选频即控制频率大小的目的。 ②产生的方波经RC积分电路后输出,得到三角波,为调节幅值,则用电压跟随器隔离三角波输出端,再用电位器接在运放输出端调节电压输出幅值。 ③要先产生方波,就必须先用电压比较器和稳压管组成方波产生电路,为调节幅值,则用专用的电压跟随器隔离方波产生端,再用电位器接在运放输出端调节电压输出幅值。 (2)函数信号发生器原理 函数信号发生器是一种用来产生特定需要波形信号的装置,比较常见的有方波、三角波、正弦波和锯齿波发生器。本实验用来产生正弦波–方波–三角波信号。 ?正弦波发生器:采用RC桥式振荡电路实现输出为正弦波。 ②正弦波转换成方波发生器:采用电压比较器与稳压管相结合,实现输出为方波。 ③方波转三角波发生电路:将RC积分电路与运放结合,实现方波转三角波。 (图一) 正弦波发生电路图 (图二)正弦波转换成方波发生电路图 (图三)方波转换成三角波发生电路图 V01/R2=V02/R1 # “#,##0” 三、电路设计与原理说明 1、正弦波发生电路的工作原理 正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波,我们一般在放大电路中引入正反馈,并创造条件,使其产生稳定可靠的振荡。正弦波产生电路的基本结构是:引入正反馈的反馈网络和放大电路。其中:接入正反馈是产生振荡的首要条件,它又被称为相位条件;产生振荡必须满足幅度条件;要保证输出波形为单一频率的正弦波,必须具有选频特性;同时它还应具有稳幅特性。因此,正弦波产生电路一般包括:放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅电路等各部分。 RC文氏电桥的正弦波振荡电路中,RC为串、并联选频网络,接于运算放大器的输出与同相输入端之间,构成正反馈,以产生正弦自激振荡。其余部分是带有负反馈的同相放大电路,R1、R2、Rp构成负反馈网络,调节Rp课改变负反馈的反馈系数,从而调节放大电路的电压增益,使其满足振荡的幅值条件。图中二极管D1、D2的作用是有利于正弦波的起振和稳定输出幅值,改善输出波形。当输出电压V0的幅值很小时,D1、D2开路,等效电阻Rf较大,Avf=Vo/Vp=(R1+Rf)/R1较大,有利于起振;而当输出电压V0的幅值较大时,二极管D1、D2导通,Rf减小,Avf随之下降,v0幅值趋于稳定。 2、正弦波转方波发生电路的工作原理 在单限比较器中,输入电压在阀值电压附近的任何微小变化,都将引起输出电压的跃变,不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。因此,虽然单限比较器很灵敏,但是抗干扰能力差。而滞回比较器具有滞回特性,即具有惯性,因此也就具有一定的抗干扰能力。从反向输入端输人的滞回比较器电路如图1a所示,滞回比较器电路中引人了正反馈。从集成运放输出端的限幅电路可以看出,UO=±UZ。集成运放反相输人端电位UP=UI同相输入端电位 此电路由反相输入的滞回比较器和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,反相输入端电位n随时间t的增长而逐渐增高,当t趋于无穷时,Un趋于+Uz;但是,一旦Un=+Ut,再稍增大,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Un=-Ut,再减小,Uo就从-Uz跃变为+Uz,Up从-Ut跃变为+Ut,电容又开始正相充电。上述过程周而
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