TL082信号发生器

TL082信号发生器（三角波与方波）作者：13信息杨宵玲1328405044学院：电子信息学院指导老师：林红时间：2015年6月15日TL082信号发生器（三角波与方波）摘要利用运算放大器TL082设计并制作一款方波与三角波信号的发生器。先设计一个三角波发生器，三角波采用积分电路，对后级产生的方波进行积分。再通过一个迟滞比较器将三角波转换成方波输出，方波再反馈到三角波的输入端。此外，次设计通过方波反馈时，反馈电阻的不同，实现输出信号的占空比与频率可调的特性。关键词：信号发生器，方波，三角波，TL082第一章TL082信号发生器设计1.1设计要求采用运算放大器设计并制作能产生方波与三角波信号的发生器，观察输出波形。查资料，设计电路原理图，确定器件及其参数。用Mutisim软件对原理图并进行仿真，记录仿真结果。使用AltiumDesigner软件设计该信号发生器的PCB板图。1.2电路原理1.2.1积分器电路（1）积分电路原理图图1.2.1积分电路原理图（2）积分电路原理积分是一种常见的数学运算，这里所讨论的是模拟积分。积分电路如图1.2.1所示。利用虚地和虚断的概念：𝑣𝑁=0,𝑖1=0,因此有𝑖1=𝑖2=𝑖,电容器C以直流𝑖1=𝑣1𝑅进行充电。假设电容器C初始电压𝑣c(0)=0,则𝑣𝑁−𝑣𝑜=1𝐶∫𝑖1𝑑𝑡=1𝐶∫𝑣1𝑅𝑑𝑡𝑣𝑜=−1𝑅C∫𝑣1𝑑𝑡——公式1.2.1上式表明，输出电压𝑣𝑜为输入电压𝑣𝑖对时间的积分，负号表示它们的相位是相反的。当输入信号为方波时，电容器将以近似恒流的方式进行充电，输出电压𝑣𝑜与时间t成近似线性关系，即：𝑣𝑜≈−𝑣𝑖RC𝑡——公式1.2.21.2.2迟滞比较器电路（1）迟滞比较器原理图图1.2.2迟滞比较器原理图（2）迟滞比较器原理迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器，有利于提高抗干扰能力。如图1.2.2所示，在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了反馈网络，组成了具有双门限值得反馈输入迟滞比较器。由于比较器中的运放处于正反馈状态，因此在一般情况下，输出电压𝑣𝑜与输入电压𝑣𝑖不成线性关系，只有在输出电压𝑣𝑜发生跳变的瞬间，集成运放两个输入端之间的电压才可以近似认为等于零，及𝑣𝐼𝐷≈0或者𝑣𝑝=𝑣𝑁=𝑣𝐼是输出电压𝑣𝑜转换的临界条件，当𝑣𝐼𝑣𝑝,输出电压𝑣𝑜为低电平𝑣𝑂𝐿；反之，𝑣𝑜为高电平𝑣𝑂𝐻。根据叠加定理有：𝑣𝑝=𝑣𝑁=𝑅1𝑉𝑅𝐸𝐹𝑅1+𝑅2+𝑅2𝑣𝑜𝑅1+𝑅2——公式1.2.3根据输入电压𝑣𝑜的不同值（𝑣𝑂𝐿或𝑣𝑂𝐻），课分别求出上门限电压𝑉𝑇+和下门限电压𝑉𝑇−分别为112TOHRVVRR——公式1.2.4112TOLRVVRR——公式1.2.51.2.3电路原理图图1.2.３电路原理图第二章TL082信号发生器仿真2.1电路仿真——改变频率（1）𝑅w1=10k时周期为8.639mS，频率为115.75Hz图2.1.110k（2）𝑅w1=20k时周期为10.059mS，频率为99.41Hz图2.1.220k（3）𝑅w1=30k时周期为11.479mS，频率为87.12Hz（4）𝑅w1=40k时周期为12.899mS，频率为77.53Hz图2.1.440k（5）𝑅w1=50k时周期为14.320mS，频率为69.83Hz图2.1.550k图2.1.330k2.2电路仿真——改变占空比（1）R3取20%占空比为70.76%图2.2.1R3取20%时的仿真图（2）R3取40%占空比为57.90%图2.2.2R3取40%时的仿真图（3）R3取60%占空比为42.95%图2.2.3R3取40%时的仿真图（4）R3取80%占空比为29.42%图2.2.4R3取40%时的仿真图第三章TL082信号发生器焊制3.1正面元件图图3.1正面元件图3.2背面连线图图3.2背面连线图第四章TL082信号发生器电路测试4.1电路测试——改变频率（1）𝑅w1=10k时周期为10.97mS，频率为91.14Hz图2.1.110k（2）𝑅w1=20k时周期为13.05mS，频率为76.62Hz图2.1.220k（3）𝑅w1=30k时周期为14.92mS，频率为67.01Hz图2.1.330k（4）𝑅w1=40k时周期为16.79mS，频率为59.54Hz图2.1.140k（5）𝑅w1=50k时周期为14.48mS，频率为54.12Hz图2.1.150k4.2电路测试——改变占空比（1）R3取20%占空比为76.73%图2.2.1R3取20%时的仿真图（2）R3取40%占空比为54.08%图2.2.2R3取40%时的仿真图（3）R3取60%占空比为40.00%图2.2.3R3取40%时的仿真图（4）R3取80%占空比为26.28%图2.2.4R3取40%时的仿真图5仿真与实际的比较5.1频率的比较表5.1仿真与实际频率的比较表𝑅w1(kΩ)1020304050f(理论)Hz115.7599.4187.1277.5369.83f(实际)Hz95.7496.4494.6293.5392.87误差分析：由于在焊接过程中没有设置滑动变阻器阻值的测试端口，在测试的过程中，我们直接把万用表搭在滑动变阻的两引脚上，实际测的是板子在滑动变阻器上的等效电阻，因此难以测出真实的𝑅w1的值。5.2占空比的比较表5.2仿真与实际占空比的比较表R3（kΩ）20406080占空比（理论）70.7657.9042.9529.42占空比（实际）76.73%54.08%42.00%26.28%由表格数据可见，仿真值与实测值基本一致。6PCB板图的绘制6.1原理图的绘制图6.1Altium原理图6.2PCB板图的设计如图6.2，板子的物理边界为3*3cm，图6.2AltiumPCB图参考文献[1]康华光.电子技术基础[M].高等教育出版社，2006年[2]吕建平，梅军进.电子线路CAD[M].北京大学出版社，2006年[3]林红，陈雪勤等.电路与信号系统实验教程[M].苏州大学出版社，2013年.附录TL082CP芯片资料