波形发生器设计方案比较研究

波形发生器设计方案比较研究

叶鹏,  ,毛佳豪,  ,张跃中,  ,王凯旋

西华大学    四川成都     610039

摘要：波形发生器由三个电路组成，分别是“正弦波到方波发生电路”和“方波到三角波变换电路”。通过文氏电桥振荡产生正弦波，再经过过零比较器使正弦波变换为方波，之后再经过积分电路可实现方波到三角波的变换。本电路振荡频率调节RC的值来改变，再使用一个双向二极管稳幅；它的制作成本不高，电路简单，使用方便，有效的节省了人力、物力资源，具有实际的应用价值。

关键词：波形发生器；文氏电桥；过零比较器；模拟电子技术

1前言

1.1设计背景

波形发生器是信号源的一种，能够给被测电路提供所需要的波形。传统的波形发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，不能根据实际需要灵活扩展。随着微电子技术的发展，运用单片机技术，通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波、方波、三角波、锯齿等幅值可调的信号。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小、输出稳定、可靠性高，特别是操作简单方便。

1.2设计目标

1.目标波形：能产生正弦波、三角波、矩形波

2.参数：频率为1kHz，峰峰值为5V

1.3实施计划

本设计的第一步是先进行资料搜集，我在知网、百度、维普等各大平台搜集了多篇数字电子技术相关课程设计论文以及有函数信号发生器的论文，得到了很多的启发与收获。第二个步骤则是在收集到的现有资料的基础上进行方案的设计，起初设计了两个方案，后来从两个方案中择优选择了较为简便以及实用的方案。第三个步骤则是进行电路的仿真，我选择了Proteus对目标电路进行仿真实现。

2总体方案设计

通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。

2.1方案比较

2.1.1方案一

方案一原理框图如图1所示。

图2.1方案一的原理框图

定时器的功能主要由2个比较器决定,比较器的参考电压分别为1/3VCC和2/3VCC,由串联在VCC(VCC为电源电压)与地之间的3个精密电阻分压提供。控制端外加电压时,可改变2个比较器的参考电压,对触发电压和阈值电压的要求也随之改变,从而改变了电路的定时作用。当阈值端电压U≥2/3VCC时,上比较器输出为高电平,使触发器置“0”,555输出低电平；当触发端的输入电压U≤1/3VCC时,下比较器输出高电平,使触发器置“1”,555输出高电平；当复位端为低电平时,则不管两比较器的输出状态如何,都使触发器强制复位,555输出低电平。所以方案一是由NE555时基电路构成多谐振荡器，其中NE555的2脚和6脚短接在一起，再一起接在10nf电容正极，电容正极再外接电阻和滑动变阻器接到电源端，由电容的充放电来实现高低电平的出现。再由有源积分电路构成三角波输出，最终通过压控式低通滤波电路输出正弦波。

2.1.2方案二

方案二原理框图如图2所示。

图2.2方案二的原理框图

图2所示为简易信号发生器的框图，首先由振荡器产生正弦波，然后通过比较器得到方波，最后经积分器产生三角波。本方案采用RC串并联网络构成的RC桥式振荡电路产生正弦波。RC正弦波振荡电路结构简单，性能可靠，振荡频率fo=12πRC。产生电路过零比较器组成。三角波产生电路反相积分器构成，此电路的输出电压为输入电压对时间的积分，且相位相反，此电路能够将方波转变为三角波。

2.2方案论证

两种方案思路清晰，在仿真软件上均可实现。方案一运用NE555产生方波—三角波—正弦波，方案二运用文氏电桥产生正弦波—方波—三角波，方案二中能更易进行调频也更易理解和调试。

2.3方案选择

方案一中NE555因为进行调频操作时没有方案二中调频操作简单和容易理解，所以我在选择时使用方案二进行实验。

结论：

在这个电路中能实现在一定范围内的调节频率和幅值。峰峰值可调节范围在5到8V之间，频率可以满足1KHz的要求（也能对文氏电桥振荡中的RC进行改变，从而改变振荡频率）。在实验过程中经常性的出现波形失真的情况，在调试正弦波时，波形随着时间的延长而出现失真，才知道了需要插入一个稳幅电路使波形稳定下来。在调试方波时，选择比较器时，在各种各样的电压比较器中我选择了两只稳压管稳压值相同的过零比较器，相对其他比较器对我来说更简单易懂。到了积分电路，照着书上的电路图链接，三角波出现了底部失真，到网上查阅后发现电容的两端还需要并联一个电容来消除三角波的底部失真。

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