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矩形波和三角波函数发生器

2024-02-06 09:00:00 Michael A. Shustov 阅读:
本文给出了具有正弦波和矩形波波形的四相RC振荡器的描述。将两个相对于彼此相位偏移90°的正弦半波信号反相相加,即可获得三角波信号。

本文给出了具有正弦波和矩形波波形的四相RC振荡器的描述。将两个相对于彼此相位偏移90°的正弦半波信号反相相加,即可获得三角波信号。pfyednc

先前的研究表明,通过将两个半周期整流器整流得到的正弦波信号相对于彼此偏移90°后反相相加,可以获得近乎理想的三角波信号[1-5]。波形的数学描述和此类发生器的实际实现方案已在参考文献[3-5]中给出。pfyednc

函数发生器通常由矩形波脉冲发生器组成,然后将其转换为三角波和正弦波波形的信号。该多相函数发生器的工作原理则不同。首先,它使用了四相正弦波信号的可调谐发生器。然后,使用比较器将正弦波信号转换为矩形波信号。之后,将四个相位的正弦波信号馈送到整流器——由四个比较器的输出控制的关键元件。最后,在负载电阻处将整流信号混合,即可形成两倍频率的三角波信号,如1所示。pfyednc

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图1:通过将两个半周期整流器整流得到的反相正弦波信号偏移90°后求和,即可合成三角波信号。pfyednc

2给出了工作频率范围为50–500Hz的四相正弦波信号发生器的电气原理图。该发生器由LM324芯片的四个运算放大器U1.1–U1.4组成。调节电位器R2可获得稳定的正弦波振荡且失真最小。生成频率由RC电路C2-R8-R10.1和C3-R9-R10.2设置,并由双电位器R10.1和R10.2调节。从运算放大器的输出中即可取出四相信号:0°、90°、180°和270°。pfyednc

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图2:工作频率范围为50–500Hz的四相正弦波信号发生器。pfyednc

电路将来自四相发生器输出端的信号(1)馈送到矩形波信号形成器(2)的输入。2中的信号形成器包含LM339芯片的四个比较器U1.1–U1.4。从比较器的输出中即可取出相移为0°、90°、180°和270°的矩形波信号。pfyednc

同时,将来自比较器U1.1–U1.4(2)输出的信号发送到CD4066芯片的四个模拟开关U2.1–U2.4的控制输入。将来自正弦波信号发生器的信号馈送到模拟开关的输入。整流后的信号从按键的输出发送至电阻加法器R3–R7。模拟按键U2.1-U2.4由比较器U1.1-U1.4的信号进行切换,从而在按键的输出端形成相移90°的两个半周期反相整流信号。这使得可以在设备的输出端实现频率相对于正弦波信号发生器(100–1000Hz)加倍的三角波信号,如1所示。pfyednc

3显示了从发生器和比较器的输出获取的正弦波和矩形波信号的波形,4显示了正弦波信号发生器的输出和矩形波信号形成器的输出处的四相信号的波形。pfyednc

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图3:从发生器和比较器的输出中获取的正弦波和矩形波信号的波形。pfyednc

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图4:正弦波信号发生器和矩形波信号形成器输出端四相信号的波形。pfyednc

5显示了四相函数发生器芯片的外观,还显示了使用最少数量外部元件的连接图。如果需要调节调节电阻R2的阻值,可能需要使用芯片额外的两个引脚。pfyednc

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图5:四相函数发生器芯片及其连接方案的可能外观。pfyednc

Michael A. Shustov是一名技术科学博士化学科学学位攻读者,在电子、化学、物理、地质、医学和历史领域出版了750多本印刷作品。pfyednc

参考文献

  1. Shustov M.A. “Additive signal former of the triangular shape”. Radio engineering (RU), 2003, No. 1, pp. 95–96.
  2. Shustov M.A. “Circuit engineering. 500 devices on analog chips”. St. Petersburg, Science and Technology, 2013, 352 p.
  3. Shustov M.A., Shustov A.M. “Electronic Circuits for All”. London, Elektor International Media BV, 2017, 397 p.; “Elektronika za sve: Priručnik praktične elektronike”. Niš: Agencija EHO, 2017; 2018, 392 St. (Serbia).
  4. Shustov M.A., Shustov A.M. “Simple functional generator”. Elektor, May 16, 2018. https://www.elektormagazine.com/labs/simple-function-generator-160548
  5. Shustov M.A., Shustov A.M. “Simple Function Generator. With reverse-order signal creation”. Elektor, 2020, V. 46, № 7–8 (502), P. 20–23.

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Rectangle and triangle waveform function generator,由Franklin Zhao编译。)pfyednc

本文为《电子技术设计》2024年2月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里pfyednc

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