多功能函数信号发生器(DOC)

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

（1）电路组成

由图2可见，它包括同相输入迟滞比较器（U1A）和充放电时间常数相等的积分器（U2A），共同组成方波—三角波电压产生电路。 （2）门限电压估算

为方便讨论，单独画出图2中由U1A组成的同相输入迟滞比较器，如图3所示。由图3有，

VI?VO1 R1

R1?R2考虑到电路翻转时，有错误！未找到引用源。，即得

R1VI?VT??VO1

R2由于Vo1??VZ，由公式（4.2），可分别求出上、下门限电压和门限宽度为

R1VT??VZ

R2R1VT???VZ

R2R1?VT?VT??VT??2VZ

R2 Vp1?VI?

图3 同相输入迟滞比较器

（3）工作原理

设t=0时接通电源，有VO1??VZ，则?VZ向C1充电，使输出电压按线性规律增长。当

VO上升到门限电压VT?使Vp1?VN1?0时，比较器输出VO1由?VZ上跳到?VZ，同时门限

电压下调到VT?值。以后VO1??VZ时，则?VZ向C1反向充电，由于时间常数减小，VO迅速下降到负值。当VO下降到门限电压VT?使VP1?VN1?0时，比较器输出VO1又由?VZ下跳到?VZ。如此周而复始，产生震荡。由于电容C1正向与反向充电时间常数相等，故输出波形VO为三角波电压，VO1为方波电压，如图4所示。

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图4方波—三角波转换电路的波形

由电路图形可以得知，其振荡周期为

4R1R6C1 T?R2由以上可以得到以下结论：

（1）由于电压比较器通常工作在开环或正反馈状态，运放工作在非线性区，其输出电平只有高电平VOH和低电平VOL两种情况。

（2）一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。

（3）电压传输特性的三个要素是输出电压的高电平VOH和低电平VOL、门限电压

和输出电压的跳变方向。令VP1?VN1所求出的VI就是门限电压；VI等于门限电压时输出电压的跳变方向决定于输入电压作用于同相输入端还是反向输入端。

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4.2.2 三角波—正弦波转换电路工作原理

图5三角波—正弦波转换电路

（1）电路组成

图5电路是将三角波转换成正弦波，，其中晶体管选用4只特性完全相同的三极管。R4调节输出三角波的幅度，R6调整差动放大电路的对称性，并联电阻

R5用来减小差分放大器的线性区；C1、C2、C3为隔直耦交电容，C4为滤波电容，用来滤除谐波分量，改善输出波形。 （2）计算主要元件参数

在三角波转换成正弦波的过程中，因为要得到效果比较明显的波形，故要求三角波的想、正负峰值正好对应于差分放大管的截止电压，此时晶体管集电极电流接近于正弦波。

结合后面的仿真截图三角波的正负峰值，三角波—正弦波转换电路的参数选择是：

隔直耦合电容C1?C2?C3=470μF，因为输出频率很低，所以C1、C2、C3的取值较大。滤波电容C4视输出高次谐波而定，一般取C4=0.1μF。R5?100?与R6相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的静态工作点可通过观测传输

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特性曲线调整R6来确定。

（3）差分放大器传输特性曲线的非线性及三角波—正弦波变换原理如下图

图6 三角波—正弦波变换原理

（4）三角波—正弦波转换公式推导

图7 三角波

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