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三种波形发生电路(正弦波、方波、三角波)——频率幅值可调

电路 六月飞雪 4个月前 (08-19) 542次浏览 已收录 1个评论 扫描二维码
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设计说明

波形发生器是电子技术领域中常见的信号源之一, 在测量、通信、广播、自动控制、和热处理等许多技术领域有着广泛的应用。运用集成运放 LM324J 设计三种波形发生器,使用文氏电桥构成 RC 振荡电路, 产生 20Hz-20kHz 的正弦波波信号源,利用此正弦波,通过过比较器得到频率相同的方波;再将此方波经过一个积分电路得到三角波。用Multisim仿真软件对电路进行验证,可以得到一定频率范围的正弦波,方波,三角波。

设计要求


  • 设计并仿真能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器
  • 1、方案论证,确定总体电路原理方框图。
  • 2、单元电路设计、元件选择。
  • 3、仿真调试及测量结果。
  • 主要技术指标:
  • 1、输出波形的工作频率范围为 20Hz~20kHz 连续可调;频率稳定度高。信号幅度可在一定范围内连续可调;
  • 2、各种输出波形幅值均连续可调,方波占空比可调。
  • 3、设计完成后可利用示波器测量出其输出频率的上限和下限,还可以进一步测出其输出电压范围。

设计意义

波形发生器是电子技术领域中常见的信号源之一, 在测量、通信、广播、自动控制、和热处理等许多技术领域有着广泛的应用。波形发生器有产生三种波形的波形发生器,使用的器件可以是分立器件,也可以采用集成电路。
随着信息技术的发展, 现代电子系统对波形发生器提出了更高的要求。高频率稳定度、高分辨率及极短的频率转换时间等是现代波形发生器的标准。设计一款可调的多种波形发生器具有实际意义。本课题采用的是以运算放大器为核心,结合自制稳压电源实现一般波形的低频信号输出,可产生正弦波、方波和三角波,波形的周期可用独立滑片改变,具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。

设计方案

三种波形发生电路(正弦波、方波、三角波)——频率幅值可调

各电路详解


1.文氏电桥
三种波形发生电路(正弦波、方波、三角波)——频率幅值可调
文氏电桥产生正弦波
说明:
R1 R2 R6 R7 C1 C2 的串并联构成正反馈兼为选频网络,二极管 D1 D2 构成稳幅电路,同时并联 R5 以消除二极管的非线性造成的影响
各元器件取值:
频率计算 f=1/(2π√(r_1 r_2 C_1 C_2 )) (其中 r1=R9+R13 ,r2=R1+R12)
要求为:输出波形的工作频率范围为 20Hz~20kHz 连续可调
取 C1=C2=0.1uf
所以 20≤f≤20k ⇒ 79Ω≤√(R_1 R_2 )≤79578Ω
通过仿真测试 R 取 68 Ω ~80k Ω合适
所以 R11=R12=70 Ω,R14=R15=80k Ω且为可调电阻。
计算值: 19.89Hz≤f≤22736Hz
实测值: 20Hz≤f≤20833Hz


2.电压比较器
三种波形发生电路(正弦波、方波、三角波)——频率幅值可调
电压比较器由正弦波产生方波
Vi 接文氏电桥的输出端产生的正弦波,参考电压端接地,既参考电压为 0v,输入信号电压 vi 每次过 0 时输出发生突变。
D3、D4 的作用为限幅和稳压。
当改变 R11 的组值使参考电压变化,由此改变方波占空比。
理论频率与 1 中的文氏电桥一致。
即: 19.89Hz≤f≤22736Hz
实测值: 20Hz≤f≤20353Hz


3.积分电路

三种波形发生电路(正弦波、方波、三角波)——频率幅值可调
积分电路由方波产生三角波
Vi 接过 0 比较器输出端产生的方波。
方波经积分电路产生三角波。
Vo=-1/RC∫v_i ⅆt
积分时间为τ=RC=R15C3
所以 v_0≈-v_i/RC t=v_i/τ t
理论频率与 1 中的文氏电桥一致。
即: 19.89Hz≤f≤22736Hz
实测值: 20Hz≤f≤20139Hz

3.电源

截图

三种波形发生电路(正弦波、方波、三角波)——频率幅值可调

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  1. 六月飞雪
    签到成功!签到时间:2018-08-19 21:05:18,每日打卡,生活更精彩哦~
    doom2018-08-19 21:04 回复 Windows 10 | Chrome 68.0.3440.106