多种波形发生器

多种波形发生器

波形发生器被广泛用于各大院校的教学和科研场所的研究。

我们通过对实验的认识和对资料的查询，选择利用脉冲数字电路原理设计了多种波形发生器，该发生器通过555数字芯片构成多级振荡器，组成RC积分电路来

分别实现方波、三角波和正弦波的输出。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。

一、总体方案的选择

对于设计我们的思路是应用555定时器,组成RC振荡电路,从而使直流信号变成所需要的振荡信号，从而实现多种波形的转化和输出。

1．拟定系统方案框图

（1）方案一：

实验原理：

用555定时器组成振荡器形成方波信号，以方波作为输入信号进入积分电路产生并输出三角波，然后，将三角波作为一个输入信号，进入另外一个积分电路，产生并输出一个正弦波。

原理框架图：

方波输出三角波输出正弦波输出

设计指标：

正弦波输出振荡频率为500HZ，三角波方波输出频率为500HZ—1000HZ，三角波幅值范围2V—2V。

（2）方案二：

实验原理：

用555定时器组成振荡器形成方波信号，以此方波信号作为积分电路的输入信号，通过积分电路输出三角波信号；而另一条路径的方波信号作为滤波电路的输入信号，通过输入滤波电路产生并输出正弦波。

原理框架图：

方波信号三角波信号正弦波信号

设计指标：

正弦波输出振荡频率为500HZ，三角波方波输出频率为500HZ—1000HZ，三角波幅值范围2V—2V。

2．方案的分析和比较

（1）方案一：

方案一所涉及的电路主要是集中于555定时器所发出的方波信号，555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。因此该方案比较稳定，同时，该电路的设计思路使输出的波形比较稳定，同时，便于安装和检查。虽然多了一个积分电路，但使其性能和稳定性增加。同时，通过方案一的电路可以很方便的输出三个波形的电路，实用效率高，同时，整体性和集成性强。经济性更好。

（2）方案二：

与方案一很相似，但其使用的是滤波电路来实现方波转化成正弦波。比较后这种电路比较经济实用，但由于滤波电路的使用取决于很多外部条件，同时，滤波电路的使用是整套方案不易于构成整体，相对方案一其稳定性和整体性集成性较低。

通过比较，我选择方案一。

二、单元电路的设计

1.方波发生电路

（1）核心元件的选择

555定时器：

由于使用了比较常见，但我们还没有接触到的555定时器，特做以说明

555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制等许多领域中都得到了应用。

555定时器电路架构图：

图1 555定时器电路结构图

它由分压器、比较器、基本R--S触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5 Kohm的等值电阻串联而成。VI1是比较器C1的输入端，VI2是比较器C2输入端。C1和C2的参考VR1和VR2由VCC经三个5k的电阻分压给出。在控制电压输入端VCO悬空时，VR1=2/3VCC，VR2=1/3VCC。比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R--S触发器端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R—S触发器端的输入信号。基本R--S触发器的输出状态受比较器、的输出端控制。如果VCO外接固定电压，则VR1=VCO，VR2=1/2VCO。

RD′是置零端。只要在RD′端加上低电平，输出端VCO边立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。正常工作时必须使RD处于高电平。

表1 CB555的功能表

图2 555定时器的管脚图

1地 GND

2触发

3输出

4复位

5控制电压

6门限(阈值）

7放电

8电源电压Vcc

（2）方波电路的计算

设电容的初始电压c U ＝０，t ＝０时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、

低触发端TH V ＝TL V ＝０<1

3

ＶＣＣ，比较器Ａ1输出为高电平，Ａ２输出为低电平，即

_1D R =，_

0D S =（1表示高电位，

0表示低电位），R S -触发器置１，定时器输出01u = 此时_

0Q =，定时器内部放电三极管截止，电源cc V 经1R ，2R 向电容Ｃ充电，c u 逐渐

升高。当c u 上升到1

3

cc V 时，2A 输出由０翻转为１，这时__

1D D R S ==，R S -触发顺保

持状态不变。所以0

1t t =时刻，c u 上升到2

3

cc V ，比较器1A 的输出由１变为０，这时_

0D R =，_1D S =，

R S -触发器复０，定时器输出00u =。

12t t t <<期间，_

1Q =，放电三极管Ｔ导通，电容Ｃ通过2R 放电。c u 按指数规律

下降，当c u <2

3

cc V 时比较器1A 输出由０变为１，Ｒ－Ｓ触发器的_

D R =_1D S =，Ｑ的

状态不变，0u 的状态仍为低电平。

2t t =时刻，c u 下降到1

3

cc V ，比较器2A 输出由1变为0，R---S 触发器的_

D R =1，

_

D S =0，触发器处于1，定时器输出01u =。此时电源再次向电容C 放电，重复上述过

程。

通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出01u =，电容放电时，0u =0，电 容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输 出矩形波。