多功能锯齿波发生器的设计.doc
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多功能锯齿波发生器设计 本设计任务是设计一个多功能锯齿波发生器,具有单周期扫描、间歇扫描、连续扫描和停顿扫描控制功能,并具有输出幅度调节、直流偏置调节和扫描周期调节功能。输出幅度在正负 10V 围可调,线性度优于 0.01%。该设计主要使用集成运算放大器作为主要器件。 一、设计任务与要求 1. 在控制开关的作用下,能实现单周期扫描、间歇扫描、连续扫描和停顿扫描控制功能。 2. 具有输出幅度调节、直流偏置调节和扫描周期调节功能。 3. 输出幅度在正负 10V 围可调,线性度优于 0.01%。 4. 运用集成运算放大器为主要器件。 二、方案设计与论证 锯齿波发生器是运用相关器件组合而产生的电路,其中一个非常重要的部件就是集成运算放大器,以及由集成运算放大器组成的滞回比拟器、积分器。用集成运放实现的电路构造简单,调整方便。如果在三角波发生电路中,有意识地使积分电路充电和放电的时间常数相差悬殊,那么在积分电路的输出端即可得到锯齿波信号。要实现幅度可调,那么需将控制输出电压幅度的相应参数设置成可调参数即可。 器件与单元电路的介绍: 1. 集成运算放大器:是本设计的主要器件,具有高输入阻抗和高输出阻抗的特点,适合用作滞回比拟器和积分器。 2. 滞回比拟器:是由集成运算放大器组成的,用于产生矩形波信号。 3. 积分电路:是由集成运算放大器组成的,用于产生锯齿波信号。 4. 反向比例运算电路:用于实现输出幅度调节功能。 5. 555 定时器:用于实现扫描周期调节功能。 三、单元电路设计与参数计算 1. 工作原理: 假设初始时刻滞回比拟器输出端为高电平,而且假设积分电容上的初始电压为零。由于 A1同相输入端的电压 U+同时与 Uo1和 Uo有关,根据叠加原理,可得: 那么此时 U+也为高电平。但当时,积分电路的输出电压 Uo将随着时间往负方向线性增长,U+随之减小,当减小至时,滞回比拟器的输出端将发生跳变,使,同时 U+将跳变为一个负值。以后,积分电路的输出电压将随着时间往正方向线性增长,U+也随之增大,当增大至时,滞回比拟器的输出端再次发生跳变,使,同时 U+也-跳变为一个正值。然后重复以上过程,于是可得滞回比拟器的输出电压为矩形波,而由于积分电路的充放电时间不等,故积分电路输出电压 Uo 为锯齿波。 图 2 锯齿波发生电路的波形图 由上图可知,当发生跳变时,锯齿波输出 Uo到达最大值 Uom,而发生跳变的条件是: 将条件,代入〔7〕式,可得: 〔8〕由此可解得锯齿波输出的幅度为: 〔9〕要使得幅度可调,由〔9〕式可知,改变参数即可,所以实际电路中采用滑动变阻器;调节滑动变阻器即可改变锯齿波的输出幅度。从而满足设计要求。 2. 各个局部组成电路及元件 集成运算放大器图 3 是集成运放的符号图,1、2 端是信号输入端,3、4 是工作电压端,5 是输出端,在实际中还有调零端,频率补偿端和偏置端等辅助端。集成运算放大器的输入级通常由差分放大电路组成,因此一般具有两个输入端以及一个输出端。图中标有“+”号的是同相输入端,标有“-”号的是反相输入端,当信号从同相端输入时,输出信号和输入信号同相,反之那么反相。 本设计的实现需要充分考虑电路的稳定性和可靠性,以确保电路的正常工作。同时,需要选择合适的器件和材料,以满足设计要求。
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