波形发生器电路设计

本文讨论了波形发生器电路设计，使用555定时器和LM324运放芯片生成方波、锯齿波和正弦波。设计目标是实现多种波形的同时输出，频率范围为8kHz至30kHz，且波形无明显失真。实验结果显示，四种波形的频率关系为1:1:1:3，输出电压幅度峰峰值符合设计要求。未来将改进电源设计以优化电路性能。

type
status
date
slug
summary
tags
category
icon
password

一．实验总括

模拟电路中，多种波形产生电路属于信号的运算与处理电路，它主要由信号产生电路、信号运算电路、信号处理电路构成。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，可通过一定数目的电容、电阻构成多谐振荡器。LM324为四通道运放集成芯片，可以构成信号基本运算电路。本课程设计的基本目标：使用555多谐振荡器产生方波作为信号源，由LM324四运放芯片对信号分别独立进行积分运算、带通滤波运算、文氏振荡器从而得到所需波形。通过理论计算分析，最终实现规定的电路要求，并做成实物，经过反复检测，符合设计要求。
关键词：波形产生 分频 信号运算 信号处理

二．系统方案与设计

555多谐振荡器：产生周期性的占空比可调的脉冲信号。
LM324：构成积分，滤波，文氏振荡器。

三．电路设计与理论计算

方波：由555多谐振荡器产生,由于题目要求负载电阻为600Ω。所以后接电压跟随器，隔离前后级，阻抗匹配，提高带载能力。
无稳态工作模式下555定时器可输出连续的特定频率的方波。电阻R1接在VCC与放电引脚（引脚DIS）之间，另一个电阻（R2）接在放电引脚（引脚DIS）与触发引脚（引脚TRI）之间，触发引脚（引脚TRI）与阈值引脚（引脚THR）短接。工作时电容通过R1与R2充电至2/3VCC，然后输出电压翻转，电容通过R2放电至1/3VCC，之后电容重新充电，输出电压再次翻转。
无稳态模式下555定时器输出波形的频率由R1、R2与C决定：
（如图为仿真电路）
（如图为仿真电路）
（如图为波形图）
（如图为波形图）
正弦波I : 脉冲波经过电压跟随器，后通过二阶带通滤波器，滤出8KZ~10KZ的正弦波，滤除其余杂波。
  1. 中心频率计算：
    1. 通频带计算：
      1. 放大倍数计算：
        （如图为电路实现部分）
        （如图为电路实现部分）
        （如图为仿真部分）
        （如图为仿真部分）
        锯齿波：脉冲波经过电压跟随器，后接积分器可以形成锯齿波。
        notion image
        （如图为锯齿波实现电路部分）
        （如图为锯齿波实现电路部分）
        正弦波II： 通过文氏振荡桥（RC桥式正弦波振荡器）产生频率可调的正弦波。
        当时，电路才能振荡。
        振荡频率：
        （如图为电路实现部分）
        （如图为电路实现部分）
        （如图为仿真部分）
        （如图为仿真部分）

        四．程序设计主要流程

        通过555定时器后加电压跟随器可产生方波，通过二阶带通滤波，滤出8kz~10kz的正弦波I。
        再通过积分电路积分出锯齿波。通过文氏电路桥得到正弦波II.
        在设计时，各个模块均达到实验指标。

        五．系统仿真

        如图为实验的电路图：
        notion image

        六．总结

        我们的实验完成了：
        四通道同时输出：脉冲波，锯齿波，正弦波I,正弦波II以及方波。四种波形的频率关系为1：1：1：3（3次谐波）。
        脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ输出频率范围为8kHz—10kHz，输出电压幅度峰峰值为1V；正弦波Ⅱ输出频率范围为24kHz—30kHz，输出电压幅度峰峰值为6V；脉冲波、锯齿波和正弦波输出波形无明显失真（使用示波器测量时）。频率误差不大于10%；通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。脉冲波占空比可调整。
        在实现正弦波I的电路中，我们采用双电源，未能实现发挥部分单电源供电，在后期，我们会对实验改进，完成发挥部分电源设计。
         
        Loading...