三角波信号发生器课程设计.docVIP

三角波信号发生器 电路结构如图所示。由运放UB，UC，电阻R1，R2，R3，R4，发光二极管D1，D2，电容C构成，其中UB构成比较器，UC，R4，电容C构成积分器，R1，R2构成比较电压产生电路，发光二极管D1，D2构成电压稳定电路。 在最初时刻t0，设比较器输出高电平，则由于D2导通（D1截止），所以Ub=+UD（发光二极管导通电压），而最初时刻，电容器上无电荷，Uc=0，所以Uo=0，可见此时Ud(比较器+端电压)为一个正电压（维持比较器输出高电平）。由于R4上有从左至右电流，所以电容C从左至右充电，电容器电压增大，输出电压从0开始降低为负电压，Ud也就随着Uo的降低而从正电压开始降低，到t1时刻，电容器电压升高到Um，输出电压降低到-Um时，Ud降低到0，比较器输出状态翻转，输出低电平（注意到比较器比较电压值为0V），Ub也就立即从+ UD 降到-UD，Ud突然从0降到一个负电压，R4上产生一个从右至左的电流，电容器放电，电容电压降低，输出电压升高，Ud电压也跟着升高，到t2时刻，电容器电荷放完，电容电压降到0，输出电压升高到0，注意到此时Ud还是负电压（因为一端为0，一端为负值，因此中间值必为负值），所以R4上从右至左的电流继续存在，电容器从右至左反向充电，电容器从右至左电压升高，输出电压继续升高，Ud电压继续升高，到t3时刻，电容器从右至左电压升高到Um，输出电压升高到Um，Ud电压上升到0，比较器状态翻转，输出高电平，Ub也跳到+ UD，Ud电压也从0跳到一个正电压，R4上有从左至右电流，电容器反向放电，输出电压降低，Ud电压随着降低，到T4时刻，电容反向放电放完，输出电压降到0（注意到Ud并没降到0），一个周期结束。 从以上分析可知，当输出电压Uo=Um时，输出信号开始转折，即Um是最大值，即三角波信号的幅度。而当Uo=+Um时，Ud=0，Ub=-Ub，以此计算三角波的幅度。 因 注意到运算放大器的虚断路特性，R1和R2电流相等。 所以三角波幅度 电容器电压从0 增加到Um，或者从Um减小到0的过程，就是1/4个周期，即电容器上电压变化Um时，完成四分之一个周期，以此计算三角波的频率。 ， 而 ， 三角波周期 ， 三角波频率 利用改变R1或R2的方法调节三角波幅度，利用改变R4的方法调节三角波频率。 若发光二极管采用绿色发光管，管压降约为2.0V，设计幅度为2.5V，则可取R1=15K，R2=12K。 设计频率为1000Hz，取电容为103，则计算出R4=20K。 若发光二极管采用红色发光管，管压降约为1.8V，设计幅度为4.0V，则可取R1=22K，R2=10K。 设计频率为1000Hz，取电容为103，则计算出R4=11.36K，取R4=11K。 电路按此参数安装元件，计算出电路的三角波信号幅度和频率结果如下： 电源电压大小的确定：为了电路的简单化，电路采用双电源供 电，当然正负电压对称。若三角波的幅度为4V，则电源正电压高于+6V，电源负电压低于-6V就可以，但为了留有充分的余量及方便，电源电压选用正负12V（为常用电源电压）。 另外：a点输出脉冲波，幅度由运放LM358的供电电压决定，频率与三角波信号频率相同。b点输出脉冲波，幅度由发光二极管的导通电压决定，频率与三角波信号频率相同 运算放大器UD和电阻R5，R6构成输出三角波信号幅度调节电路，通过调节R5或者R6的大小可以调节输出信号幅度大小，如固定R5不变，调节R6的大小，当R6调大时，电路放大倍数增大，输出信号幅度增大，当R6调小时，电路放大倍数减小，输出信号幅度减小，注意到这个反相比例放大电路的放大倍数为 R所以输出信号幅度为 附 三角波的有效值由下面的推导得出。 ，设幅度为Um，则 8 单电源供电电路，电路工作原理与双电源供电电路完全相同。只不过此时公共端不是接地端，而是利用运算放大器产生一个中间电压（电压跟随器）作为公共端。另外由于动态范围只有双电源供电情况下的一半（６Ｖ）了，因此三角波信号幅度设计值要相应减小，本电路设计为1.8V。 本电路设计三角波信号幅度为 本电路设计三角波信号频率为