基于运算放大器的三角波波发生器.doc

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1、燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书目录摘要3第一章三角波发生器方案及工作原理41.1三角波发生器方案的选择41.2三角波发生器工作原理41.3主要参数估算51.4 LM324运算放大器工作原理6第二章仿真结果及分析72.1仿真原理图72.2仿真结果82.3数据处理与分析102.4误差分析10第三章课设体会11参考文献11摘 要在人们认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的电子信号进行测量，因而如何根据被测量电子信号的不同特征和测量要求，灵活、快速的选用不同特征的信号源成了现代测量技术值得深入研究的课题。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴

2、趣的参数。可见信号源在各种实验应用和实验测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。波形发生器就是信号源的一种，能够给被测电路提供所需要的波形,广泛地应用于各大院校和科研场所。随着科技的进步，社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的需求，而我们设计的正是多种波形发生器。本次设计用运放来组成RC积分电路，来实现三角波输出。它的制作成本不高，电路简单，使用方便，有效的节省了人力，物力资源。 本文通过介绍一种电路的连接，实现函数发生器的基本功能。将其接入电源，具有实际的应用价值。并通过在示波器上观察波形及数据，得到结

3、果。电压比较器实现方波的输出，又连接积分器得到三角波。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，可以立即创建具有完整组件库的电路图。本设计就是利用Multisim软件进行电路图的绘制并进行仿真。第一章 三角波发生器方案及工作原理1.1三角波发生器方案的选择三角波的频率可调可有两种方案选择，一种通过调节RC积分电路的R或C，另一种为压控振荡器，通过调节输入电压Vi调节频率，第一种方案电路简单易懂，简便易行，容易操作及仿真，因此本设计采用第一种方案。1.2三角波发生器工作原理锯齿波和正弦波、方波、三角波是常用

4、的基本测试信号。三角波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。由于方波或矩形波包含极丰富的谐波,因此这种电路又称为多谐振荡电路.它是在迟滞比较器的基础上,增加了一个由R、C组成的积分电路,把输出电压经过R、C反馈到比较器的反相端。在比较器的输出端引入限流电阻R和两个背靠背的双向稳压管就组成了双向限幅方波发生电路。比较器与积分器首尾相连，形成闭环回路，则自动产生方波三角波。图1 基本三角波/方波发生器在图1所示的电路中，为C充电的电流由OA1提供，OA1用作一个浮动负载的V-I转换器。由于OA1引入的反相作用，所以迟滞比较器必须是一个同相型的。假设电源接通时，Uo2=+UZ，

5、OA1将此电压转换为其值为Uo2/R的电流，该电流从左端流进C，这样就使Uo1直线下降，当Uo1降至-VT时，Uo2由+UZ变为-UZ，OA1将这个新的电压转化为一个电容器电流，其大小与原电流相同，但方向相反。于是，Uo1直线向上升高。当升至+VT时，迟滞比较器再次转换，据此重复以上的循环。利用叠加定理：Up2=Uo1*R4/(R3+R4)+Uo2*R3/(R3+R4)当 Up20时，A2输出为正，即Uo2 =+Uz；当 Up20时，A2输出为负，即 Uo2=-Uz，A1构成反相积分器，Uo2为负时，Uo1 向正向变化，Uo2 为正时，Uo1向负向变化。假设电源接通时Uo2 = -UZ，线性增

6、加。1.3主要参数估算：1振荡幅值在如图所示的三角波方波发生电路中，因为积分电路的输出电压就是同相滞回比较器的输入电压，所以三角波的幅值为Uom=UzR4/R3因为方波的幅值决定于由稳压管组成的限幅电路，所以Uoh=+Uz，Uol=Uz2 振荡频率在研究过程中，经常需要求出给一个电容充（放）电达到一个给定的时所需的时间。最常见的两种充/放电形式是线性和指数形式的。如果一个恒定的电流I驱动电容C，那么它将会一个恒定的速率充电或放电，并产生一个线性暂态或斜坡。工程上经常用一个易于记忆的关系式来描述这个斜坡： 这样就可以将恒定的速率下变化的所需的时间估算为 由于对称性，Uo1从+VT变化到-VT所需

7、的时间为T/2， 由于电容器工作在恒流条件，所以t=C*V/I其中t=T/2，I=Uo2/R，V=2VT=2R3*Uo2/R4，f=1/T可得 f=R4/4*R3*RC因此要求频率可调的话，可以通过调节R或C的大小来改变频率3.设计要求本设计要求频率在100HZ-1000HZ之间变化，因此f必须在一个10：1的范围内变化，所以R应由一个电位器和一个电阻R0串联实现，使之有Rpot+R0=10R0,因此Rpot=9R0，用R0=500,Rpot=4.5K,求得C=1.0uf,或者C由一个电位器和一个电容C0并联，同理Cpot=9C0,C0=1uf,Cpot=9.0uf1.4 LM324运算放大器

8、的工作原理LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显着优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置组件的必要性。LM324的特点：1.短路保护输出； 2.真差动输入级； 3.可单电源工作：3V-32V； 4.低偏置电流：最大100nA（LM324A）；5.每封装含四个运算放大器。 6.共模范围扩展到负电源7.具有内部补偿的功能； 8.输入端具有静电保护功能9.行业标准的引脚排列； 第二章 仿真结果及分析2

9、.1仿真原理图图2 改变电容的三角波发生器原理图图3 改变电阻的三角波发生器原理图2.2仿真结果图4 频率为1000HZ时方波及三角波仿真图图5 频率为100HZ时方波及三角波仿真图2.3数据处理与分析表一仿真数据记录电容（uf）1.02.04.05.010.0频率（HZ）1000500250200100方波幅值（V）5.1045.1085.1035.1065.102三角波幅值（V）2.5282.5222.5202.5302.532表二理论值电容（uf）1.02.04.05.010.0频率（HZ）1000500250200100方波幅值（V）5.05.05.05.05.0三角波幅值（V）2.5

10、2.52.52.52.5有以上数据可知，改变电容的大小几乎不影响方波和三角波的幅值，只改变频率的大小，因而实现频率可调的功能所以有以下结论：1.R和C的改变在调节方波三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度，若要求输出频率的范围较宽，可用C改变频率的范围，R实现频率微调。因此本设计采用调节C会减小误差。2.方波的输出幅度应由稳压管DZ决定，三角波的输出幅度为方波幅值的一半。2.4 误差分析1. 课题设计时的参数选择不当，有些电阻过大或是过小，造成了结果的偏差；2.稳压管及运算放大器的选择不当，导致结果的偏差；3.电容或电阻变化引起的方波及三角波幅值变化，导致系统误差。第三章 课设体会为期几天

11、的课程设计已经结束，在这几天的学习、设计、及电路搭建过程中我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过对函数信号发生器的设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、搭建方法；以及如何提高电路的性能等等。通过对函数信号发生器的设计，我还深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计

12、中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦，体会到成功来自于汗水，体会到成果的来之不易。在实验过程中，我们遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，应结合实践加深理解。参考文献 1 赛尔吉欧弗朗哥著基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计（第三版）.西安交通大学出版社2 康华光主编电子技术基础-模拟部分（第五版）.北京：高等教育出版社，20083 邱关源主编电路（第四版）.北京：高等教育出版社，20084 阎石主编数字电子技术基础（第五版）. 北京：高等教育出版社，2009燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日答辩小组评语： 成绩： 评阅人： 年 月 日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：年 月 日第 12 页 共 12 页