CN206460695U - 一种模拟波形发生器教学实验装置 - Google Patents

一种模拟波形发生器教学实验装置 Download PDF

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陈露
王冠凌
代良全
朱润泽
夏帅帅
姚传永
陶阿飞
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Abstract

本实用新型公开了一种模拟波形发生器教学实验装置,包括555芯片,555芯片输出端接10k的R4电阻和1k的R2电阻,555芯片放电端接滑动变阻器R1,放电端和阈值输入端(6)之间连一个二极管D1,触发输入端和控制电压端分别接一个0.01u的电容再接地,触发输入端连接滑动变阻器R1的另一接口,中间再接二极管D2和1k的电阻R3,输出端接一个测试端口。同时也可以产生一个三角波或锯齿波,对这个波形利用LM324进行适当地整形,即可产成三角波或锯齿波。利用带通滤波器对产生的脉冲波进行滤波,可以只保留其中的基波分量或3次谐波分量,即可输出正弦波信号。

Description

一种模拟波形发生器教学实验装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于涉及一种波形产生装置,具体涉及一种模拟波形发生器教学实验 装置,能够输出频率可变的脉冲波、锯齿波、正弦波等多种波形。
背景技术
[0002] 波形发生器是一种常用的信号源,广泛的应用于电子电路、自动控制系统和教学 实验等领域。是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修 各种电子元件、部件以及整机设备时,都需要信号源,由它产生不同频率不同波形的电压、 电流型号并加到被测器件或设备上,用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应,以便于分 析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域最基本、应用最广泛的一类电子仪器。 它可以产生多种波形信号,如正弦波,锯齿波,脉冲波等。因而广泛应用于通信、雷达、导航 等领域。
发明内容
[0003] 根据以上现有技术的不足,本实用新型所要解决的技术问题是提出一种模拟波形 发生器教学实验装置,通过555芯片和外围电路构件波形发生器。
[0004] 为了解决上述技术问题,本实用新型采用的技术方案为:一种模拟波形发生器教 学实验装置,包括555芯片,555芯片输出端接IOk的R4电阻和Ik的R2电阻,555芯片放电端接 滑动变阻器Rl,放电端和阈值输入端之间连一个二极管Dl,触发输入端和控制电压端分别 接一个0. OlyF的电容(Cl、C2)再接地,触发输入端连接滑动变阻器Rl的另一接口,中间再 接二极管D2和Ik的电阻R3,输出端接一个测试端口。
[0005] 作为本实用新型方案的优选实施方式,所述实验装置还包括电压跟随器,电压跟 随器包括第一 LM324四路运算放大器,第一 LM324四路运算放大器正相输入端接555芯片的 触发输入端,第一 LM324四路运算放大器的输出端接第一 LM324四路运算放大器的反相输 入,输出端再接一个测试端子。所述实验装置还包括带通滤波器,带通滤波器包括第二 LM324运算放大器,第二LM324运算放大器的正相输入端接地,输出端分别接两个0.OlyF的 电容和30k的电阻到反相输入端。所述实验装置还包括放大器电路,放大器电路由第三 LM324运算放大器构成,第三LM324运算放大器的正相输入端接地,第二LM324运算放大器 的输出端通过电阻R36连接第三LM324运算放大器的反相输入端,第三LM324运算放大器的 反相输入端通过电阻R37连接第三LM324运算放大器的输出端,第三LM324运算放大器的输 出端再接一个测试端子。
[0006] 本实用新型有益效果是:本实用新型涉及一种频率可变的可同时输出脉冲波、锯 齿波、正弦波的波形产生电路。时基电路555芯片可用来发生脉冲波。同时也可以产生一个 三角波或锯齿波,对这个波形利用LM324进行适当地整形,即可产成三角波或锯齿波。利用 带通滤波器对产生的脉冲波进行滤波,可以只保留其中的基波分量或3次谐波分量,即可输 出正弦波信号。本实用新型电路结构简单、成本低、调节方便、功耗小,可产生多种稳定的波 形信号。
附图说明
[0007] 下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明:
[0008] 图1是本实用新型的具体实施方式的脉冲波产生电路图。
[0009] 图2是本实用新型的具体实施方式的锯齿波局部仿真电路。
[0010] 图3是本实用新型的具体实施方式的反馈带通滤波器电路。
[0011] 图4是本实用新型的具体实施方式的正弦波三次谐波滤波电路。
[0012] 图5是本实用新型具体实施方式的系统原理框图。
[0013] 其中,1地端,2触发输入端,3输出端,4复位功能端,5控制电压端,6阈值输入端,7 放电端,8电源端。
具体实施方式
[00M]下面通过对实施例的描述,本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形 状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作 使用方法等,作进一步详细的说明,以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术 方案有更完整、准确和深入的理解。
[0015] 本实用新型提供的波形发生器运用的是555定时器,555定时器成本低,性能可靠, 只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲 产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制 等方面。它内部包括两个电压比较器,三个等值串联电阻,一个RS触发器,一个放电管T及功 率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。
[0016] 如图1所示,为脉冲波的发生电路,555定时器的功能主要由两个比较器决定:
[0017] (1)当无触发信号输入时电路工作在稳定状态,即OUT = O.
[0018] (2)当触发电压下降沿到达时,输出电压由0跳变为1,电路由稳态转入暂稳态。
[0019] (3)在暂稳态期间,电源经过R2,Rl向C2充电。时间常数τ = RC,阈值输入由OV开始 增大,在上升到2/3的VCC之前,电路保持暂稳态不变。
[0020] (4)当阈值输入上升到2/3的VCC时,输出OUT由1跳变0,电容C2迅速经放电端放电, 电路由暂稳态重新转入稳态,就产生了脉冲波。
[0021] 555芯片输出端3接IOk的R4电阻和Ik的R2电阻,Rl电阻为一滑动变阻器,555芯片 放电端7接滑动变阻器Rl,放电端7和阈值输入端6之间连一个二极管Dl,触发输入端2和控 制电压端5分别接一个0.OlyF的电容(C1、C2)再接地。触发输入端2连接滑动变阻器Rl的另 一接口,中间再接二极管D2和Ik的电阻R3,输出端3接一个测试端口。
[0022] 如图2所示,为锯齿波发生电路,555芯片构成的脉冲发生电路中就有锯齿波,只需 要在该处输出,然后调整峰峰值便可以得到要求的锯齿波。UO接555芯片的触发输入端2, LM324的输出端接该四路运算放大器的反相输入端,输出端再接一个测试端子。该电路是一 电压跟随器,就完成了锯齿波波形发生电路的设计。
[0023] 如图3所示,利用带通滤波器对产生的脉冲波进行滤波可以只保留其中的基波分 量或3次谐波分量,即可产生所需的正弦波。
[0024] LM324又称四路运算放大器。LM324内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿 的运算放大器,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐 的工作条件下,电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和 其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。该反馈带通滤波器由LM324组成, LM324的正相输入端接地,输出端分别接两个0.0 IyF的电容和30k的电阻到反相输入端,构 成了带通滤波器进行滤波。带通滤波器之后的一次正弦波波形,可知波形在SkHz-IOkHz的 仿真结果满足要求。
[0025] 三次谐波产生的是将脉冲波先通过带通滤波器进行滤波,波形在24kHz-30kHz的 正弦波,然后经过LM324构成的放大器电路,放大器电压放大倍数由R37和R36决定。放大器 电路由第三LM324运算放大器构成,第三LM324运算放大器的正相输入端接地,第二LM324运 算放大器的输出端通过电阻R36连接第三LM324运算放大器的反相输入端,第三LM324运算 放大器的反相输入端通过电阻R37连接第三LM324运算放大器的输出端,第三LM324运算放 大器的输出端再接一个测试端子。电压放大的倍数:
Figure CN206460695UD00051
[0027] 可产生三倍频率的正弦波。
[0028] 如图5所示,本实施例中提供一种由555定时器构成的波形产生装置,包括脉冲波、 锯齿波、正弦波。采用555芯片产生一个脉冲波。555定时器的8个外接端口 :1接地,2接触发 输入,3接输出,4接复位功能,5接控制电压,6接阈值输入,7接放电端,8接电源。运用555定 时器与电阻、电容可产生8kHz-10kHz的脉冲波。利用LM324外接555芯片的触发输入端,对 555产生的锯齿波进行整形,即可产生8kHz-10kHz的锯齿波。将555芯片产生的脉冲波通过 不同带宽的带通滤波器就可产生8kHz-10kH和24kHz-30kH的正弦波。图2所示是一个电压 跟随器,输出电压完全跟随于输入电路的幅度与相位。电路起到了阻抗变换作用,提升电路 的带负载能力,将一个高阻抗信号源转换成为一个低阻抗信号源。减弱信号输入回路高阻 抗和输出回路低阻抗的相互影响,又起到对输入、输入回路的隔离和缓冲作用。
[0029] 带通滤波器是由低通RC环节和高通RC环节组合而成,要将高通的下线频率Π设置 为小于低通的上限频率f2.由LM324形成的反馈带通滤波器有:f0 = z中心频率A=中心频率 增益,Q为品质因数。则有:
Figure CN206460695UD00052
[0031] 若源阻抗改变,滤波器后加电压跟随器缓冲,以稳定滤波器参数。
[0032] 本实用新型提供的波形发生器同时四通道输出、每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦 波I、正弦波II中的一种波形,每通道输出的负载电阻均为600欧姆。四种波形的频率关系为 1:1:1:3 (3次谐波):脉冲波、锯齿波、正弦波I输出频率范围为8kHz—10kHz,输出电压幅度 峰峰值为IV;正弦波II输出频率范围为24kHz—30kHz,输出电压幅度峰峰值为9V;脉冲波、 锯齿波和正弦波输出波形应无明显失真(使用示波器测量时)。
[0033] 频率误差不大于10%;通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。脉冲波占空比 可调整。电源选用+IOV单电源,由稳压电源供给,不使用额外电源,并预留了脉冲波、锯齿 波、正弦波I、正弦波II和电源的测试端子。每通道输出的负载电阻600欧姆,置于明显位置, 便于检查。
[0034]上面对本实用新型进行了示例性描述,显然本实用新型具体实现并不受上述方式 的限制,只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,或未 经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本实用新型的保护范 围之内。本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (4)

1. 一种模拟波形发生器教学实验装置,其特征在于,包括555芯片,555芯片输出端(3) 接IOk的R4电阻和Ik的R2电阻,555芯片放电端(7)接滑动变阻器Rl,放电端(7)和阈值输入 端(6)之间连一个二极管Dl,触发输入端(2)和控制电压端(5)分别接一个0.0IyF的电容 (Cl、C2)再接地,触发输入端(2)连接滑动变阻器Rl的另一接口,中间再接二极管D2和Ik的 电阻R3,输出端⑶接一个测试端口。
2. 根据权利要求1所述的模拟波形发生器教学实验装置,其特征在于,所述实验装置还 包括电压跟随器,电压跟随器包括第一LM324四路运算放大器,第一LM324四路运算放大器 正相输入端接555芯片的触发输入端(2),第一LM324四路运算放大器的输出端接第一LM324 四路运算放大器的反相输入,输出端再接一个测试端子。
3. 根据权利要求1所述的模拟波形发生器教学实验装置,其特征在于,所述实验装置还 包括带通滤波器,带通滤波器包括第二LM324运算放大器,第二LM324运算放大器的正相输 入端接地,输出端分别接两个〇.OlyF的电容和30k的电阻到反相输入端。
4. 根据权利要求3所述的模拟波形发生器教学实验装置,其特征在于,所述实验装置还 包括放大器电路,放大器电路由第三LM324运算放大器构成,第三LM324运算放大器的正相 输入端接地,第二LM324运算放大器的输出端通过电阻R36连接第三LM324运算放大器的反 相输入端,第三LM324运算放大器的反相输入端通过电阻R37连接第三LM324运算放大器的 输出端,第三LM324运算放大器的输出端再接一个测试端子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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