得到峰峰值为2V的输出电压uo3。电源只能选用12V和5V两种单电源,由稳压电源供给。不得使用额外电源和其它型号运算放大器。要求预留ui1、ui2、uo2、uo2和uo3的测试端子。
f二、设计方案及比较
设计有五个部分,其中低频信号源使用信号发生器,其余四部分设计方案如下:
1三角波产生器
初始方案:根据《模拟电子技术基础》书上的方波发生器产生方波,然后再采用微分电路对信号处理,输出即为三角波。
图11
图中:R168k,R210k,R330k,R039k,R410k,R520k,C01F,DZ1和DZ2采用稳压管。
运算放大器A1与R1、R2、R3及R0、DZ1、DZ2组成电压比较器。当积分器的输入为方波时,输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波,比较器与积分器首尾相连形成闭环电路,能自动产生方波与三角波。三角波(或方波)的频率为:
f1R3T4R2R4C
改进方案:由于LM324只有四个运算放大器,如果三角波产生使用两个,则后面的三个电路中有一个无法实现,所以只能采用一个运算放大器产生。同时由于器件不提供稳压二极管,所以电阻电容的参数必须设计合理,用直流电压源代替稳压管。对方波放生电路进行分析发现,如果将输出端改接运放的负输入端,出来的波形近似为三角波。设计电路如图12
f图12
2加法器
方案:由于加法器输出ui210ui1uo1,所以采用求和运算电路,计算电阻电容的参数值,电路见图21
3滤波器
图21
f初始方案:由于正弦波信号ui1的频率为500Hz,三角波uo1的频率为2KHz,滤波器需要滤除uo1,所以采用二阶的有缘低通滤波器。见电路图31
图31
改进方案:根据仿真的波形看出电路对2KHz的信号衰减不大,导致输出信号中仍然残留的有三角波成分,波形失真较严重。考虑要增大对三角波的衰减程度,而且要已知三角波的频率为2KHz,所以采用中心频率为2KHz的带阻滤波器。电路见图32
图32
f4比较器
初始方案:采用一般的单限比较器,见电路图41
图41
改进方案:在单限比较器中,输入电压在阀值电压附近的任何微小变化,都将引起输出电压的跃变,不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰,抗干扰能力差所以采用滞回比较器。见图32
三、电路设计及理论分析
1总电路图
图32
f2三角波发生器根据RC充放电过渡过程的分析,电容电压编号应符合下面公式
t
UCUCUC0UCe
式中UC0初始电压;UC充电终了电压充电时间常数。解方程式可得
T
2R3C
l
1
2R1R2
所以该电路振荡周期有R3
,C
和
R1R2
决定,改变这些元件参数可以调节方波的周
期。r