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波形发生器——方波三角波正弦波

简易波形发生器—方波三角波正弦波  本实验试图以NE555定时器、电阻、电容等元件通过有效组合,制作一个波形发生器,通过示波器观察所得的信号波形。通过接入电阻不同的位置,使信号发生

简易波形发生器—方波三角波正弦波

   本实验试图以NE555定时器、电阻、电容等元件通过有效组合,制作一个波形发生器,通过示波器观察所得的信号波形。通过接入电阻不同的位置,使信号发生器分别输出正弦波、三角波和方波。
  大概的思路是以NE555定时器组成的多谐振荡器为核心,通过多谐振荡器产生方波,然后由RC积分电路将方波转化为三角波,最后用低通滤波器将方波转化为正弦波
  

总体流程

2.1总体设计流程《波形发生器——方波三角波正弦波》

图1 总体设计流程框图
    
  
2.2总电路图
《波形发生器——方波三角波正弦波》
图2 函数发生器总电路图
  

2.3 仿真电路图
为了对本实验得到的波形作进一步验证,在仿真软件上进行电路仿真
《波形发生器——方波三角波正弦波》

图3 仿真电路图
  

3 基本原理

《波形发生器——方波三角波正弦波》

方波、三角波、正弦波、信号发生器的原理框图

  首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波,然后由积分电路将方波转化为三角波,最后用低通滤波器将方波转化为正弦波,但这样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形,因为负载的变动将拉动波形的崎变。如下图为本组实验出现的正弦波波形畸变。

《波形发生器——方波三角波正弦波》

3.1 总电路图原理

  555定时器接成多谐振荡器工作形式,C2为定时电容,C2的充电回路是R2→R3→RP→C2;C2的放电回路是C2→RP→R3→IC的7脚(放电管)。由于R3+RP》R2,所以充电时间常数与放电时间常数近似相等,由IC的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数,其频率为1kHz左右,调节电位器RP可改变振荡器的频率。方波信号经R4、C5积分网络后,输出三角波。三角波再经R5、C6积分网络,输出近似的正弦波。C1是电源滤波电容。发光二极管VD用作电源指示灯。

3.2 各组成部分原理

3.2.1方波发生电路的工作原理
《波形发生器——方波三角波正弦波》

图 由555定时器组成的多谐振荡器

  多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器,也称矩形波发生器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外,还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态,只有两个暂稳态。在工作时,电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换,由此产生矩形波脉冲信号,常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。
  用555定时器组成的多谐振荡器接通电源后,电容C被充电,当电容C上端电压Vc升到2Vcc/3时使555第3脚V0为低电平,同时555内放电三极管T导通,此时电容C2通过R3、Rp放电,Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时,V0翻转为高电平。
  电容器C2放电所需的时间为:tpL= ( R3 +Rp) C2ln2
当放电结束时,T截止,Vcc将通过R1、R3、Rp 向电容器C2充电,Vcc/3 上升到2Vcc/3所需的时间为:
tpH= (R1+R3+ Rp) C2ln2=0.7( R1+R3+ Rp) C2
当Vc上升到2Vcc/3时,电路又翻转为低电平。如此周而复始,于是,在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。其震荡频率为:
f=1/(tpL+tpH)=1.43/(R1+2R3+2Rp) C2
    

3.2.2三角波发生电路的工作原理

  RC积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。在自动控制系统中,常用积分电路作为调节环节。此外,RC积分电路还可以用于延时、定时以及各种波形的产生或变换。
  由555定时器组成的多谐振荡器输出的方波经C耦合输出,再经R与C积分,构成接近三角波。其基本原理是电容的充放电原理。

3.2.2正弦波发生电路的工作原理
《波形发生器——方波三角波正弦波》

图 低通滤波器将三角波变换为正弦波
  在三角波电压为固定频率或频率变化的情况下,要以低通滤波的方法将三角波变化为正弦波。

  
4 电路的实验结果及分析
  把电路板的电源接好,将输出端接示波器,进行整体测试、观察。针对其出现的问题,进行排查校验,使其满足实验要求。得到以下三个波形图,分别为方波、三角波、正弦波。
《波形发生器——方波三角波正弦波》
《波形发生器——方波三角波正弦波》

《波形发生器——方波三角波正弦波》

  实验结果分析:方波和三角波的波形比较好,正弦波的波形有毛刺和失真波形失真可通过调节RP,改变幅频、幅值大小。正弦波失真是因为积分电路中充放电的时间不够。

  以上是本次实验的所有内容,作为电子设计综合实验的第一个焊接实验,还是比较简单的,实验源自华南农业大学,我是烽同学,下期实验再见


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