實驗三階梯波發(fā)生器的設(shè)計與仿真

實驗三階梯波發(fā)生器的設(shè)計與仿真一實驗?zāi)康?〕掌握階梯波發(fā)生器電路的結(jié)構(gòu)特點2〕掌握階梯波發(fā)生器電路的工作原理3〕學(xué)習復(fù)雜的集成運算放大電路的設(shè)計二實驗要求設(shè)計一個能產(chǎn)生周期性階梯波的電路，要求階梯波周期在20ms左右，輸出電壓范圍10V，階梯個數(shù)5個。(注意：電路中均采用模擬、真實器件，不可以選用計數(shù)器、555定時器、D/A轉(zhuǎn)換器等數(shù)字器件，也不可選用虛擬器件。)對電路進行分段測試和調(diào)節(jié)，直至輸出適宜的階梯波。改變電路元器件參數(shù)，觀察輸出波形的變化，確定影響階梯波電壓范圍和周期的元器件。三．實驗步驟1〕設(shè)計方波發(fā)生器，電路如圖1所示，輸出波形如圖2所示。圖1圖22〕在方波發(fā)生器的輸出端接電阻和電容，組成微分電路如圖3所示，得到尖脈沖的波形圖如圖4所示圖3圖43〕設(shè)計限幅電路，將負半周的尖脈沖濾除掉。利用二極管單向?qū)ㄐ詠磉M行限幅，電路如圖5所示，輸出地單邊尖脈沖如圖6所示。圖5圖6設(shè)計積分累加電路，用集成運放組成的積分電路實現(xiàn)積分累加，在前面電路的根底上連接積分累加電路，如圖7所示，翻開仿真開關(guān)，得到積分累加電路的波形如圖8所示圖7圖8設(shè)計周期階梯波，在〔4〕的根底上加上電壓比擬器和開關(guān)控制電路，就組成了完整的階梯波發(fā)生器，如圖9所示，電路的輸出波形如圖10所示圖9圖10從圖10可以看出，電壓的周期約為20ms，輸出電壓范圍約10V，階梯個數(shù)為5個，符合設(shè)計要求。5〕確定影響階梯波電壓范圍和周期的元器件因為振蕩周期T=2R8C2ln(1+2R4/R2),所以理論上說，階梯波的周期與R8C2成正比。對于微分電路，vo=-R7C3(dv/dt),積分電路vo=-1/R5C4∫vdt,所以理論上階梯波的高度與R7C3成正比，與R5C4成反比。單獨改變R8的值，原來R8=71.5k,現(xiàn)使其增加約一倍，R8=143k,輸出波形如圖11所示，周期T≈40ms。單獨改變C2的值，使其增加一倍，輸出波形如入12所示，周期T≈40ms,從中可以看出，階梯波的周期與方波發(fā)生器的R8C2成正比圖11圖12單獨改變R7的值，使其增加一倍，R7=1.64k,輸出波形如圖13所示單獨改變C3的值，使其增加一倍，C3=0.1uf,輸出波形如圖14所示從圖可知,C3R7的增加對輸出電壓范圍影響不大，主要影響還是使得階梯波的高度增加圖13圖14c.單獨改變R5的值，R5=1.2k,輸出波形如圖15所示單獨改變C4的值，C4=0.2uf,輸出波形如圖16所示從圖可知,C4R5的增加輸出電壓范圍影響不大，主要影響還是使得階梯波的高度的減小圖15圖16改變比擬器的三個電阻值，如圖分別為改變R3=10k，R12=10k，R13=35k的值后的輸出波形。從輸出波形中可以看到，比擬器的三個電阻R3，R12，R13對周期和電壓輸出范圍有影響，對階梯波高度無影響。圖17圖18圖19四實驗小結(jié)為了獲得足夠高的電壓放大倍數(shù)，或者為了獲得滿足要求的輸入輸出電阻，實際的放大電路通常由多個根本放大電路級聯(lián)而成，構(gòu)成多級放大電路，在組成多級放大電路時，通常將三種根本組態(tài)的放大電路進行適當?shù)呐帕薪M合，充分發(fā)揮各自電路的特點，從而獲得多級放大電路最正確的電路性能。引入負反應(yīng)會使得電路各參數(shù)受到影響。為了設(shè)計一個負階梯波發(fā)生器，首先考慮產(chǎn)生一個方波，其次，經(jīng)過微分電路輸出得到上下都有的尖脈沖，然后經(jīng)過限幅電路，只留下所需的正脈沖，再經(jīng)過積分電路，實現(xiàn)累加而輸出一個負階梯。對應(yīng)一個尖脈沖就是一個階梯，在沒有尖脈沖時，積分器保持輸出不變，在下一個尖脈沖到來時，積分器在原來的根底上積分，因此，積分器就起到了積分和累加的作用。當積分器累加的比擬器的比擬電壓時，比擬器翻轉(zhuǎn)，比擬器輸出正電壓，時振蕩控制電路起作用，方波停振。同時，這個正電壓使電子開關(guān)導(dǎo)通，積分電容放電，積分器輸出對地短路，恢復(fù)到起始狀態(tài)，完成一次階梯波輸出。積分器輸出由負值到零跳變的過程，又使比擬器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，比擬器輸出變?yōu)樨撝担@樣振蕩控制電路不起作用，方波輸出，同時使電子開關(guān)斷開，積分器進行積分累加，如此循環(huán)往復(fù)，就形成了一系列階梯波。影響階梯波電壓范圍的元器件：R3，R12，R13影響周期的元器件：R8C2R4R2影響階梯波高度的元器件：R7，C3，R5，C4〔以上均對照圖9電路〕結(jié)論這個實驗是我做的EDA設(shè)計三個實驗中最難的一個，一開始看著ppt上“龐大〞的參考電路，我有些摸不著頭緒。但當我慢慢的看書，一步一步的上手，發(fā)現(xiàn)其實這個電路還是很好理解的，把電路拆分了，就是我模電課上學(xué)過的各種功能電路，把各個功能配合起來，就是實驗的結(jié)果。了解清楚了原理，設(shè)計起電路來就簡單多了，后面只用了很少的時間就把電路完成了?？梢?，做好實驗的關(guān)鍵是把原理弄懂，這樣可以事半功倍。參考文獻[1]付文紅、花漢兵《EDA技術(shù)與實驗》機械工業(yè)出版社2007年[2]王建新、姜萍《電子線路實踐教程》科學(xué)技術(shù)出版社2003年[3]鄭步