正弦波-方波-三角波產生電路的設計與仿真

2017-11-17 07:23:13新疆大學機械工程學院工業工程系

電子世界 2017年21期

新疆大學機械工程學院工業工程系黃婧

新疆大學機械工程學院工業工程系黃婧

針對正弦波-方波-三角波三者之間轉換時由于電路復雜而導致波形易產生畸變的問題,設計出了可通過自行選頻、調幅來進行轉換的電路,實現了三種頻率可調、清晰完整、未畸變波形的實時轉換,使得波形頻率連續,并且能產生符合設計要求的幅值,考慮到頻率和容抗的關系、影響閾值電壓躍變的外界干擾、二極管的特性,通過仿真,可以證明所提出的電路轉換方式可行,并且解決了波形失真問題,從而有效的降低了波形畸變幾率,提高了波形轉換后的準確性.

選頻;調幅;波形轉換;仿真

引言

常見的正弦波-方波-三角波轉換電路,由于電路復雜,所以導致波形不完整、容易產生畸變的原因有很多[1].現在將該波形產生電路分成三部分,即RC振蕩電路產生正弦波,遲滯電壓比較器實現正弦波-方波轉換,積分電路實現方波-三角波轉換.在第一部分電路中,通過選頻和調幅環節,在放大電路中引入正反饋,并創造使其可以產生穩定振蕩的條件.在第二部分電路中,通過遲滯電壓比較器,預實現正弦波到方波的轉換.雖然固然單限比較器相對活絡,可是它的抗干擾本領比較差.而滯環電壓比較器具有遲滯的特征,也便是慣性,更具備必然的抗干擾本領,故選擇滯環電壓比較器來完成此項轉換.在第三部分電路中,我們將反饋電阻用積分電容代替,構成積分電路,實現方波到三角波的轉換.基于Multisim軟件仿真后,證明該電路轉換可行,并且有效的解決了波形失真問題,降低了波形畸變效率.

1.工作原理

圖1 電路原理圖

a.選頻環節:

確定電路的振蕩頻率,以確保電路產生正弦振蕩.輸入電壓是放大器電路的輸出電壓:

使虛部為0,變為純電阻電路,選頻就結束了,即: R=Xc

參數R、C的值均與振蕩的頻率有關,而放大電路中輸入電阻的值在一定程度上也會影響RC的值;在實驗的電路板中,電容、電抗會對頻率造成影響,從而產生誤差;能否起振、是否失真均與放大倍數息息相關,而放大倍數又與負反饋相關,負反饋越強其放大倍數就越低.當放大倍數大于3時就會存在失真;遠遠大于3時,輸出的為類似方波;小于3時,無法起振.

b.調幅環節:

非線性環節,其作用是輸出幅值穩定的信號.

c.遲滯電壓比較器

u +

u +>u-時,輸出正飽和: u 0=+U0(sat)

聯系二極管單向導電的特征:輸入正向電壓時,二極管D1導通,輸出正向電壓5V;輸入負向電壓時,二極管D2導通時,輸出負向電壓-5V.即可得到幅值為±5V的方波.[3]當運算放大器在飽和區發揮作用時,兩個輸入端的輸入電流均為零.此時理想運算放大器的開環電壓放大倍數Auo→∞,因此,其線性區為一與縱軸重合的直線.

集成運算放大器同時又是一個線性放大元件.由于Auo很高,所以即使輸入毫伏級以下信號,也足以使得輸出電壓達到飽和,飽和值為+UO(SAT)或UO(SAT),最終使其達到接近正電壓電源或負電壓源電壓值;又或者說,因為干擾的存在,它的工作難以趨于穩定.以下圖所示:

d.積分電路

在反向比例運算電路中,我們將反饋電阻RF用積分電容CF[4]代替后,則構成了積分預算電路.根據"虛短"和"虛斷"觀點,輸出信號u 0與輸入信號u i的積分成比例.

當積分時間足夠大時,u 0最后達到負飽和值-U0(sat).此時電容C3不再充電,相當于斷開,負反饋此時將不復存在,隨之集成運算放大器在非線性區進行工作.