双运放弛张振荡器和有源滤波器设计说明书

双运放弛张振荡器及有源滤波器设计

目录

摘要............................................. 错误！未定义书签。

1. 系统方案 (2)

1.1 方案比较与选择 (2)

1.2 方案描述 (2)

2. 理论分析与计算 (2)

2.1弛张振荡器的电路分析 (2)

2.2 滤波器电路分

析........................................................................

(2)

2.3纯电阻网络衰减器电路分析............................................................................ (3)

3.系统电路设计............................................................................ .. (3)

3.1 弛张振荡器电路................................................................... . (3)

3.2 滤波器电路............................................................................ .. (4)

3.3 纯电阻网络衰减器............................................................................ (6)

4. 测试方案与测试结果............................................................................ . (6)

4.1测试仪器............................................................................

(6)

4.2 测试方案及结果............................................................................ . (6)

4.3 误差分析............................................................................ (7)

摘要

本设计采用双运放弛张振荡器形成方波和三角波，并对产生的电路进行滤波，产生1k,3k和5k的正弦波。电路包括振荡器模块，带通滤波器模块以及直流偏置等几部分。

振荡器部分采用双运放弛张振荡器；滤波器部分采用4阶巴特沃斯带通滤波器实现滤波，分别滤出1次，3次，5次谐波；直流偏置采用电阻分压和运算放大器实现，可调范围大，效果明显。

关键词：信号发生器滤波器直流偏置占空比频率可调

1.系统方案

1.1方案比较与选择

方案一：选用单片机作为波形发生器的源，经D/A转换，既可得到我们想要的任何波形。但该方案有一个缺点，无法做出频率很高的波形。

方案二：选用FPGA来作为波形发生器的源，其他的同方案一，我们也可以产生我们想用的任何波形。该方案的成本比较高。

方案三：选用双运放构成的驰张振荡器作为频率源，经滤波器后，选出需要频率的正弦波既可。该方案可通过一个滑动电阻实现频率调节。且经济实惠，应题目要求，我们选用该方案实现多路波形发生器。

1.2方案描述

本方案中，我们选用双运放构成驰张振荡器，一个运放构成迟滞比较器，其输出为方波。另一个运放构成理想积分器，保证电容的横流充电，实现线性很好的三角波输出。输出的三角波，又作为迟滞比较器的输入，控制迟滞比较器的状态转换。这样周而复始形成震荡。正弦波的产生，则可以将生成的方波通过一个带通滤波器产生。

2. 理论分析与计算

2.1 弛张振荡器的电路分析

双运放弛张振荡器，运算放大器U1A是比较器，U2A构成反向积分器。在U1A 的输出端输出方波，在U2A的输出端输出三角波。峰峰值的计算公式为：

U_o1pp=2Ucc

U_o2pp=2 R1/R2 * Ucc

频率的计算公式为：f0=(αR2)/(4R3 *C* R1 )

其中，α表示滑动变阻器中所接入电阻的比例。根据幅度和频率的要求，可以计算出各个电阻和电容的值。根据题目要求矩形波频率可调、占空比可调，设置调节滑动变阻器和，来调节方波的频率和占空比。由于电容C1不断充电和放电，滑动变阻器可以改变充电和放电的时常数，可以改变方波的占空比。此外，在运算放大器U1C的输出端和地之间接一个的电容，可以将高频分量滤出，输出的三角波不会有毛刺。

要输出峰峰值为5V，直流偏置2.5V的方波信号，可将输出的方波信号进行比例放大，并且通过加法器增加直流偏置。

2.2 滤波器电路分析

方波信号经三路不同频率有源带通滤波器，同时产生频率为1kHz、3kHz和5kHz的正弦波，-3dB带宽200Hz，带外衰减-40dB/十倍频以上下降；1kHz的幅度峰峰值为6V，3kHz的幅度峰峰值为2V。设计三个四阶巴特沃斯带通滤波器，中心频率分别为1kHz、3kHz和5kHz。

发挥部分要求正弦波1kHz的正弦波直流偏置从-2V至2V可调，设计加法器，利用比例运算关系，在加法器的一个输入端添加滑动变阻器，调节滑动变阻器即可实现该功能。

2.3 纯电阻网络衰减器电路分析

本题要求制作40dB纯电阻网络衰减器，输入输出阻抗100k欧姆。这里使用对称的T网络。

由阻抗关系可得：R_O=R_I+R_2∕(R_1+R_I)

又根据电路输入电压和输出电压关系可得：((R_I+R_1)/R_I ×U_I/R_2 +U_I/R_I )×R_1=U_O-U_I×(R_I+R_1)/R_I

根据以上两式，结合已知数据可以求得，R_1=98kΩ，R_2=2kΩ。

3.系统电路设计

3.1弛张振荡器电路