1.设计题目:波形发生电路
2.设计任务与要求:
要求:设计并用分立元件与集成运算放大器制作能产生方波与三角波波形得波形发生器。
基本指标: 输出频率分别为:１02Ｈ
Z 、103Ｈ
Z
;输出电压峰峰值V
PP
≥２0Ｖ
3.整体电路设计
1）信号发生器：
信号发生器又称信号源或振荡器。按信号波形可分为正弦信号、函数（波形)信号、脉冲信号与随机信号发生器等四大类。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波。通过模拟电子技术设计得波形发生器就是一个不需要外加输入信号,靠自身振荡产生信号得电路． 2）电路设计:
整体电路由RC振荡电路，反相输入得滞回比较器与积分电路组成。
理由:ａ）矩形波电压只有两种状态,不就是高电平,就就是低电平,所以电压比较器就是它得重要组成部分;
ｂ)产生振荡,就就是要求输出得两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；
c)输出状态应按一定得时间间隔交替变化,即产生周期性变化,所以电
路中要有延迟环节来确定每种状态维持得时间。
RC振荡电路：即作为延迟环节，又作为反馈电路,通过RC充放电实现输出状态得自动转换。
反相输入得滞回比较器:矩形波产生得重要组成部分。
积分电路：将方波变为三角波。
3)整体电路框图：
为实现方波，三角波得输出，先通过 RC振荡电路,反相输入得滞回比较器得到方波,方波得输出,就是三角波得输入信号。三角波进入积分电路,得出得波形为所求得三角波。其电路得整体电路框图如图1所示:
图1
a) 方波产生电路
根据本实验得设计电路产生振荡,通过RC电路与滞回比较器时将产生幅值约为12V得方波,因为稳压管选择１N4７4２A(约1２V)。电压比较电路用于比较模拟输入电压与设定参考电压得大小关系,比较得结果决定输出就是高电平还就是低电平。滞回比较器主要用来将信号与零电位进行比较,以决定输出电压。图3为一种滞回电压比较器电路,双稳压管用于输出电压限幅,R３起限流作用,R2与R1构成正反馈,运算放大器当u p>u n时工作在正饱与区，而当u n〉u p时工作在负饱与区。从电路结构可知,当输入电压uｉn小于某一负值电压时，输出电压ｕo= －U Z；当输入电压u iｎ大于某一电压时，uｏ= +U Z。运算放大器在两个饱与区翻转时u p＝ｕn＝0，由此可确定出翻转时得输入电压。u p用u iｎ与uｏ表示,有
根据翻转条件,令上式右方为零,得此时得输入电压
U
称为阈值电压.滞回电压比较器得直流传递特性如图4所示。设输入电压初始值ｔh
小于－Ｕtｈ,此时u o= —U Z ;增大uｉn，当ｕin=Uｔh时,运放输出状态翻转，进入正饱与区.如果初始时刻运放工作在正饱与区，减小u in ,当u in= —Ｕｔh时,运放则开始进入负饱与区.
图3 滞回电压比较器
图4 滞回电压比较器得直流传递特性
如果给图3所示电路输入三角波电压,其幅值大于U th ,设ｔ= 0时,u o= -U Z ,其输出波形如图5所示。可见,输出为方波。
图5 输入为三角波时滞回电压比较器得输出波形
ｂ).方波—三角波发生电路
给图３所示得滞回电压比较器级联一积分电路,再将积分器得输出作为比较器得输入,如图6所示。由于积分电路可将方波变为三角波，而比较器得输入又正好为三角波，因此可定性判断出,图６电路得输出电压ｕｏ1为方波，u o2为三角波，如图7所示.
图6 方波—三角波发生电路
下面分析其振荡周期。积分器输出电压从-Ｕｔh增加到+Uｔh所需得时间为振荡周期T得一半,由积分器关系式
或
注意到，故
振荡频率则为
图7方波—三角波发生电路得输出波形
c)元器件选择
1)）通用型集成单运放LＭ7４１ＣN
电路所用得运放选用LＭ７41CＮ,LM741CＮ得管脚图如图所示，其特点就是电压适应范围较宽，可在±5~±18V范围内选用;具有很高得输入共模、差模电压,电压范围分别为±１5V与±３0V;内含频率补偿与过载、短路保护电路;可通过外接电位器进行调零、
波形发生器用到得脚位为２.3.4、6、7
脚位２:INV、ＩＮＰUT
脚位3：NON-IＮV、INPUT
脚位4： V—
脚位６:ＯUＴPＵT
脚位７:Ｖ＋
图2 LM７４1管脚分布
２))稳压二极管
双稳压二极管得稳定电压根据方波幅值选取，由设计要求可取１2伏特得稳压二极管,本次试验采用得1N474２A稳压二极管。
3))电阻
电阻R4根据双稳压二极管得最大电流确定,此处可取10 k ,其她电阻分别有１０K电阻,１２0Ｋ电阻与２５K电阻.
4）)电容
电容C 根据振荡频率要求确定，本次实验采用得100ｎＦ与10nF 两种电容。 ５））由式,令R 1＝25K Ω,为达到所要求得频率，可求得三组值:
当频率为1０0HZ 时，R 2=130K Ω R 3=130K Ω C=10n Ｆ 当频率为１000H Ｚ时,R 2＝130K Ω R 3＝130ＫΩ C ＝10０n Ｆ 6)）原件功能介绍: 7))原件:
元件 数量 元件 数量 LM74１Ｈ 2 120Ｋ电阻 2 10K 电阻 5 １0４陶瓷电容 1 25Ｋ电阻 1 1０3陶瓷电容 1 1N4７42A 2 单刀双掷开关
1 锡线
若干
８))系统得电路总图：
4、仿真及仿真结果
仿真就是通过Mul ｔisim 软件进行得。仿真电路测试过程：
