階梯波發(fā)生器的設計與實現(xiàn)實驗報告

1、階梯波發(fā)生器的設計與實現(xiàn)實驗報告 姓名： 班級：學號： 班內序號:1、 摘要與關鍵字 摘要：本實驗電路由方波三角波發(fā)生器與遲滯電壓比較器構成。方波發(fā)生器產生方波信號， 經過微分電路和限幅電路后形成方波脈沖，方波脈沖經積分器積分累加形成階梯波脈沖，通過遲滯電壓比較器，當積分累加到比較器的比較電壓時，比較器翻轉，使振蕩控制電路起作用，方波停振。如此循環(huán)往復，產生周期性階梯波。 調節(jié)相應電位器的阻值就能改變階梯數、階梯幅值和階梯周期。 關鍵字： 階梯波 窄脈沖發(fā)生器 遲滯電壓比較器 積分器 二、設計任務與要求：實驗目的：1. 通過實驗進一步掌握集成運放和電壓比較器的應用。2. 進一步工程設計和實踐動

2、手能力，建立系統(tǒng)概念。實驗任務要求1. 利用所給元器件設計一個階梯波發(fā)生器，f500Hz，Uopp3V，階數 N=6；2. 設計該電路的電源電路（不要實際搭建） ，用PROTEL軟件繪制完整的電路原理圖（SCH）及印制電路版圖（PCB）。3、 設計思路與總體結構框圖： 設計思路1 窄脈沖發(fā)生器電路設計（窄脈沖發(fā)生器）T為階梯波周期，T為脈沖波周期，N 為階梯數；T1 高電平持續(xù)時間；T2低電平持續(xù)時間。Um 是脈沖波電壓幅度，此電路中可由電源電壓決定。窄脈沖的寬度可以由Rf1調節(jié)。由實驗要求：=6，帶入以上公式，計算可得：2ms，故取 =2ms；則=0.29ms；取=11V， 則， 。是窄脈沖

3、電壓幅度，此電路中可由電源電壓決定。取6V左右即可，為簡化設計和的計算公式中，對數部分我們可以設為1，取，根據已知的頻率可計算電容的值。窄脈沖的寬度可用電位器來調節(jié)。 2 積分器電路設計（積分器）當放大電路滿足深度負反饋條件時，由虛開路和虛短路特性知，電容兩端的電壓為輸出電壓，則輸出電壓的表達式為：顯然，輸出電壓與輸入電壓是積分關系。當已知輸出電壓在時刻的值時，輸出電壓表 達式可以為：對負脈沖進行幾份的時間常數為，每積分一次獲得的電壓增量為為滿足，且階梯數，由以上公式計算可得, 。 3 遲滯電壓比較器電路設計（遲滯電壓比較器） 該電壓比較器的參考電壓加在反相輸入端，在同相輸入端加輸入信號，與基

4、本的單項較器相比，遲滯比較器通過引入了電壓反饋。根據要求，在一個周期中有6個階梯，輸出電壓可以從0V到11V，則上下門限電壓可以設為Uth11V，Uth0V。參考電壓可以用10k電位器調節(jié)，或用固定電阻分壓。為方便電路調節(jié)，Rf3可以是一50k左右固定電阻加上一個22k電位器。為了使階梯返回時間小于一個臺階，R3應小于R2，所以取R3為10k?？傮w結構框圖： （總體結構框圖） 4、 分塊電路的設計與總體電路的設計： 分塊電路的設計1. 負脈沖發(fā)生器利用運算放大電路做成方波發(fā)生器，在方波發(fā)生器與積分器之間加上一個二極管，使得方波發(fā)生器與積分器之間只能導通負脈沖，則方波發(fā)生器與二極管就形成了一個負

5、脈沖發(fā)生器。電路圖如下： （負脈沖發(fā)生器）2. 積分器將負脈沖通過電阻R2輸入積分器中運算放大器的反相輸入端，然后在輸出與反向輸入端之間加上一個電容，從而構成反相積分器。負脈沖持續(xù)時間內，負脈沖發(fā)生器中的二極管導通，積分器對負脈沖積分，輸出電壓上升；負脈沖消失后，二極管截止，輸入輸出保持不變，形成一個臺階。 （反相積分器）3. 遲滯電壓比較器遲滯電壓比較器的作用就是使得積分器的輸出電壓達到一定值的時候又下降為零，從而進入先一個周期。 （遲滯電壓比較器）總體電路的設計：運算放大器 U1為窄脈沖發(fā)生器，U2 為積分器，U3構成遲滯電壓比較器。兩個二極管， 其中 D4 是階梯形成控制門，D3 是階梯

6、返回控制門。由于 U1 的同相輸入端加入 一個正參考電壓，U1輸出為負脈沖。在負脈沖持續(xù)期間，二極管 D4 導通，積分 器 U2對負脈沖積分，其輸出電壓上升。負脈沖消失后，D4 截止，積分器輸入、 輸出電位保持不變，形成一個臺階，積分器 U2的輸出的階梯波及時遲滯比較器 U3的輸入，該值每增加一個值。在臺階級數較少的時候，U3的同相輸入端的電 位比反相輸入端的參考電壓低，使 U3輸出低電平，二極管 D3 截止。隨著臺階級 數的增加，當 U3的同相輸入端電壓高于參考電壓時，U3的輸出跳變至高電平， D3 導通，積分器進入正電壓積分，使 U2輸出電位下降，知道 U2 輸出電壓降至 遲滯電壓比較器的

7、下門限電壓使，U3輸出才又恢復低電位 D3 截止，完成一個周期。 （總體電路圖）參數計算公式： 五、所完成功能說明：第一級輸出方波： 主要測試數據：高電平持續(xù)時間T1 =0.124ms; 低電平持續(xù)時間T2 =0.134ms; 脈沖波周期T=0.258ms;分析：計算公式：T=(N+1)T其中 ，。按實驗要求，N=6，則。綜上解得：脈沖波周期 高電平持續(xù)時間 階梯波輸出： 主要測試數據：峰峰值7.48v; 頻率 554.97Hz; R1兩端電壓U=2.2mv.分析：電路調節(jié)方法：調節(jié)波形的輸出特性主要利用電位器進行調節(jié)，各電位器的調節(jié)作用及原理如下： Rf1: 主要用于調節(jié)窄 脈沖發(fā)生器所產生

8、的脈沖周期。通過對外加電源的分壓，改變 同相輸入端參考電壓，從而改變電容充放電的周期，脈沖周期也隨之改變。Rp1: 主要用于調節(jié)窄脈沖發(fā)生器所產生脈沖的占空比?？刂仆饧与娫矗淖冚敵龉β?，同時影響輸出電流。Rw3: 用于調節(jié)階梯波的峰峰值。原理是利用對反響輸入端電壓的分壓作用，改變參考電壓，從而與積分電路輸出到同相輸入端的電壓相比較，控制階梯波返回，即決定階梯波的幅值。Rp3: 作用與Rw3相似，但還可以在次基礎上，通過對反饋電流的影響，調節(jié)階梯數。以上各電位器在調節(jié)時，一般情況下是共同調節(jié)，綜合起作用。這四個電位器基本上都能從某一方面對階梯波的頻率及階梯級數進行調節(jié)，所以在調試測試時需要不斷

9、變換這些電位器的阻值搭配，才能出現(xiàn)理想的波形。六、故障及問題分析：1、 面包板及示波器接觸不良遇到這種情況的時候一般是接觸不良，示波器顯示波形雜亂不穩(wěn)定，后來重新選擇了導線的長度，插入面包板比較牢固，示波器的插頭要使勁插好才能輸出波形或者換臺儀器便能很好解決，。2、 電阻選用錯誤 電路中有一處使用50k歐姆，由一個20k歐姆的和一個30 k歐姆的串聯(lián)，但是發(fā)電組的時候電阻標錯數值，30k歐姆的電阻實際為要大于400k歐姆，導致試驗箱中電阻插錯，進而使得無論如何調節(jié)電位器都無法達到峰峰值3v的要求。后來用萬用表測量法相30k歐姆的電阻式400k歐姆多一些，于是改正電阻，實現(xiàn)峰峰值7.48v。3

10、元器件的損壞在測試階段，經常會遇到LM741燒壞的問題。其原因是電路接的有問題，暴露在外的 導線很容易發(fā)生接觸使電路短路。通過不斷的檢查，排除了電路的問題。但是仍然沒有出現(xiàn)想要的波形，于是逐個測試電路里面的元件，發(fā)現(xiàn)電阻電容以及二極管都是好的，而電位器有相當一部分都是壞的，或者在擰到一定的位置時會出現(xiàn)虛接的問題。于是在感覺電路連接無誤的情況下，卻沒有輸出波形，將所有的元器件換了一遍，便得到正確的波形。 七、總結和結論：在本次實驗中，第一次接觸到了設計性實驗，并且是通過組隊來完成一個實驗，感覺十分具有挑戰(zhàn)性。在選取實驗后認真研究了實驗原理以及電路圖，為實驗做好了充分的準備。在實驗的過程中，一步步

11、搭建電路以及測試電路的過程中出現(xiàn)了不少問題，但是每到一個關卡我們組的每個成員都會用心鉆研，想出解決辦法，順利的進行了實驗，充分發(fā)揮了團體協(xié)作精神。我個人在這個實驗中遇到的問題前面已經敘述，從而總結出幾點經驗： 在搭建比較復雜的電路時，可以先將電路分為幾個模塊，分塊搭建，減輕難度，易于搭建，也易于查錯；正式測試前要知道各個模塊的輸出波形，便于分部調節(jié)；使用電阻及其他元件之前要準確測量其大小。這樣就減輕了復雜電路的難度，以便順利的完成實驗和檢查問題。通過本次試驗，鍛煉了我們自主學習，學以致用的動腦動手能力，更加給我一個明確的學習方向與方法，課本上的知識一定要運用到生活實際，這樣才算學懂，學會，學習。希望在這次試驗中積累的經驗可以為以后的實驗以及工作打下堅實的基礎。八、PROTERL繪制原理圖：PCB印刷電路板直流工作點:九、所用原件清單及測試儀表清單原件清單：元件名稱數量用途運算放大器3構建比較器、積分器、脈沖發(fā)生器二極管2利用