数字信号波形发生器

目录

摘要 (Ⅰ)

第一章 方案提出 (1)

第二章 电路的基本组成及工作原理 (3)

第一节方波的产生 (3)

第二节由方波输出为三角波 (5)

第三节由三角波输出正弦波 (7)

第三章 555定时器的介绍 (9)

第一节电路组成 (9)

第二节引脚的作用 (10)

第三节基本功能 (11)

第四章 元件清单 (13)

第五章 总结 (14)

参考文献 (16)

附录 (17)

附录一电路原理图 (17)

附录二多谐振荡器——产生矩形脉冲波的自激振荡器 (18)

第一章 方案提出

三种波形都是比较简单且常见的波形，产生的方法由很多种，可以先产生方波，然后得到三角波和正弦波，也可以先得到正弦波，然后翻过来再输出另外两种波形;可以用集成芯片，同时也可以用运用各种元器件来实现振荡电路。

（1）利用专用直接数字合成ＤＤＳ芯片的函数发生器。

（2）可以选用专门的函数信号发生器，如8038

（3）由555定时器所构成的多谐振动器产生方波, 方波经过积分器的作用产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转换为正弦波。

比较以上几种方案：

（1）方案比较简单同时也能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。

（2）它们虽然能够甚好的实现波形的产生但是功能较少，太单一。（3）过程相对来说比较繁琐，但是思路很明亮，同时，555定时器所构成的多谐振动器产生方波是一种和常用的信号产生器，很具有实用价值，同时，也很容易买到，同时选用改进的555多谐振荡形式产生方波可以通过调节可调电阻的阻值来调节产生方波的频率，产生的方波经过积分器的作用产生三角波，三角波在经过差分放大

电路的非线性转换为正弦波。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强，可以有效地抑制零点漂移因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。

因此，就我个人而言，选择第三种方案。用改进过的555多谐振荡形式产生方波，经过积分器的作用产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转换为正弦波。电路设计方案如下图.

第二章 电路的基本组成及工作原理

由原理图可知该店路由三部分组成，555定时器构成多谐振动器、积分器、差分放大电路。

第一节方波的产生

有555定时器构成多谐振动器产生方波（如下图）

图2.1.1 方波产生电路

当电容c2被充电时，2和6引脚的电压都上升，此时二极管

D1导通，接通+12V电源后，电容C被充电，Vc上升，当Vc上升到2Vcc/3时，触发器被复位，同时放电BJT T导通，此时输出电平Vo为低电平，电容C通过R2和T放电，使Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。

电容器C经R2，R23，R21他们此时说分的总阻值设为R1’放电,放电所需的时间为：

tPL=R1’C ln2≈0.7 R1’C；

当C放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R22、R21所分得的阻值为R2`向电容器C充电，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间为

tPH=R2`C ln2≈0.7R2`C；

当Vc上升到2Vcc/3时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到了一个周期性的方波，其频率为

f=1 / (tPL+tPH) ≈1.43 /[ (R1’+R2’) C]

稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于1/3Vcc，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。当Vc 充电到2/3Vcc时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo 从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图见图2.1.2。

图2.1.2

同时电路的频率可以通过调节电阻R21、R22、R23来改变电路的频率，从而使得电路的频率可以在一定的范围内进行调节。

第二节 由方波输出为三角波

0.01uF

C5Cap 图2.3.1 波形发生器及图形

如上图是一个由方波转换为三角波的电路图及其输出波形

当A很大时，运放两输入端为"虚地"，忽略流入放大器的电流，

令输入电压为Vi输出为Vo，流过电容C的电流为i1则，有

即输出电压与输入电压成积分关系。

当为固定值时

上式表明输出电压按一定比例随时间作直线上升或下降。当为矩形波时，便成为三角波。

此外，由于电容和滑动变阻器的存在，使得输出的三角波在输入矩形波频率一定的时候也能适当调整，同时电容的存在，又滤除了其他波的干扰。提高了系统的抗干扰性。

第三节由三角波输出正弦波

图2.3.1 波形转换

分析表明，传输特性曲线的表达式为：

iC=aI/[1+exp(-Uid/UT)]

I ——差分放大器的恒定电流；

UT ——温度的电压当量，当室温为25oc时，≈26mV。

如果Uid为三角波，设表达式为

Uid(t)=[4*Um*(t-T/4)]/T (0<=t<=T/2)

Uid(t)=[-4*Um*(t-3*T/4)]/T (T/2<=t<=T)

式中 Um——三角波的幅度；

T——三角波的周期。

为使输出波形更接近正弦波，

（1）传输特性曲线越对称，线性区越窄越好。

（2）三角波的幅度Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。（3）图为实现三角波——正弦波变换的电路。其中RP1调节三角