大器与二阶低通滤波器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种,如首先产生正弦波,然后通过整形电路将正弦波变换成方波,再由积分电路将方波变成三角波;也可以首先产生三角波—方波,再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波—三角波,再将三角波变换成正弦波的电路设计方法,然而这种方法也有几套方案。
方案一:首先由一个RC振荡电路产生方波,然后将此波形接入一个积分电路产生三角波,用折线法将三角波转换成正弦波。此方案在执行时比较困难,原因在于三角波到正弦波的转换上,折线法的参数很难确定。
方案二:首先由一个RC振荡电路产生方波,然后将此波形接入一个积分电路产生三角波,将三角波通过滤波电路实现到正弦波的转换。此方案很好,但是没采用,原因在于电路的前面部分比较繁琐,如果电路太繁琐,那么对后面的结果影响也就更大,会增大误差,故而放弃。
方案三:首先由一个RC振荡电路产生方波,然后将此波形接入一个积分电路产生三角波,用一个差分电路来实现波形的转换,。差分放大器具有工作点稳定,输入阻抗高,抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时,可以有效地抑制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。但是最终不好调试,故而启弃用。
方案四:在方案三的基础上进行了改进,用一个积分电路替代了前面的RC振荡回路,这样做起来就更简洁,焊点较少,那么负面影响也就相对会减小,故而采用了本方案。
本课题中函数发生器电路组成框图如下所示: 由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路,比较器输出的方波经积分器得到三角波,三角波变换电路主要由二阶低通滤波器来实现。二阶低通滤波器是在一阶的基础上再加上一个RC电路构成,能够很好的抑制低频率信号的通过,从而将处于低频率的三角波,实现波形变换。
三、主要的技术指标
1. 能输出方波和三角波两种波形,用开关切换输出 2. 输出的电压均为双极性 3. 输出的阻抗均为50Ω
4. 输出方波时的输出电压峰值为0~5V可调,输出信号的频率为200HZ~2KHZ可调
5. 输出为三角波时输出电压的峰值为0~5V可调,输出信号频率为200~2KHZ可调。
四、信号发生器电路的原理分析
方波产生电路原理图如下:
原理分析: 此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路即作为迟滞环节,又作为反馈网络,通过RC冲、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通过电阻对电容C正向充电,如图中箭头所示。反相输入端电位n 随时间的增长而逐渐增高,当t趋于无穷时,Un趋于+Uz;但是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对电容反相充电,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=-Uz再减小,
UO就从-Uz跃变为+Uz,UO从-Ut跃变为+Ut,电容又开是正向充电。上述过程周而复始,电路产生了自激振荡。
三角波发生器的原理图如下:
在三角波信号发生器电路原理上增加了一级放大器,目的是为了实现输出电压可调和输出阻抗阻抗为50Ω.
工作原理:
如图所示,在电路的左边为同相滞回比较器,右边为积分运算电路。同相滞回比较器的输出高低电平分别为