階梯波信號發(fā)生器

1、實驗6 階梯波發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn)課題名稱：階梯波發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn)摘要：本報告主要由三部分組成。第一部分為分析設(shè)計過程，囊括了本實驗的設(shè)計任務(wù)與要求，以及根據(jù)實驗要求所設(shè)計出的總體的實現(xiàn)計劃。對各個部分進(jìn)行了層次分化，重點討論了各個基礎(chǔ)層次（包括窄脈沖發(fā)生器、積分器與遲滯電壓比較器）的設(shè)計原理，詳細(xì)的敘述了在設(shè)計階段里對各個元件參數(shù)的設(shè)計思想和設(shè)計過程，并包含了在正式實驗前對各個部分的Simulate的情況。第二部分為實驗記錄過程，包括實際搭載的電路板所實現(xiàn)的功能，一些必要的測試數(shù)據(jù)以及在實驗過程中的一些記錄與故障問題的分析。最后一部分是對實驗的總結(jié)。關(guān)鍵字：階梯波、脈沖發(fā)生器、積分器、電壓比

2、較器一、 實驗?zāi)康模?. 通過實驗進(jìn)一步掌握集成運放和電壓比較器的應(yīng)用。2. 進(jìn)一步提高工程設(shè)計和實踐動手能力，建立系統(tǒng)概念。二、 實驗任務(wù)1. 基本要求：1） 利用所給元件設(shè)計一個階梯波發(fā)生器，階數(shù)；2） 設(shè)計該電路的電源電路（不要求實際搭建）。用Protel軟件繪制完整的電路原理圖（SCH）及印制電路板圖（PCB）。2、 提高要求：利用基本要求里設(shè)計的階梯波發(fā)生器設(shè)計一個三極管輸出特性測試電路，在示波器上可以觀測到基極電流為不同值時三極管的輸出特性曲線束。3、 探究環(huán)節(jié)：1） 能否提供其它階梯波發(fā)生器的設(shè)計方案？2） 探索其他階梯波發(fā)生器的應(yīng)用實例。三、 實驗原理遲滯比較器階梯返回控制門積

3、分器階梯形成控制門窄波發(fā)生器輸出基本原理圖四、實驗所用儀器及元器件儀器：1. 函數(shù)信號發(fā)生器2. 示波器3. 晶體管毫伏表4. 萬用表5. 直流穩(wěn)壓電源元器件：集成運算放大器uA741*3電位器（200K*1、22K*1，10K*2）二極管*2電阻（10K*2、50K*1，1000K）電容（0.01uF*2）uA741參數(shù)如下：Symbol符號 Parameter 參數(shù)最小. 典型. 最大. Unitd  單位 Vio Input Offset Voltage (Rs 10K)  輸入失調(diào)電壓-mV Tamb = +25 -15Tmin Tamb Tmax-6Iio Inp

4、ut Offset Current 輸入失調(diào)電流nA Tamb = +25 -230Tmin Tamb Tmax -70Iib Input Bias Current 輸入偏置電流nA Tamb = +25 -10100Tmin Tamb Tmax-200Avd Large Signal Voltage Gain (Vo=±10V, RL=2K) 大信號電壓增益V/mV Tamb = +25 50200-Tmin Tamb Tmax 25- SVR Supply Voltage Rejection Ratio (Rs 10K) 電源電壓抑制比dB Tamb = +257790

5、-Tmin Tamb Tmax 77-ICC Supply Current, no load 電源電流（空載）mA Tamb = +25-1.7 2.8Tmin Tamb Tmax -3.3Vicm Input Common Mode Voltage Range 輸入共模電壓范圍V Tamb = +25 ±12-Tmin Tamb Tmax ±12 -CMR Common Mode Rejection Ratio (RS 10K)共模抑制比dB Tamb = +25 7090-Tmin Tamb Tmax  70-IOS Output short Circuit

6、Current輸出短路電流10 25 40 mA 五、 設(shè)計與制作步驟1、設(shè)計電路1）由參考公式可知T為階梯波脈沖，T為脈沖波周期；T1高電平持續(xù)時間；T2為低電平持續(xù)時間。根據(jù)要求，N=6，就需要，為了計算方便，并且便于檢驗四個電位器的作用，根據(jù)書中所給電位器參數(shù)，將電位器調(diào)于約50%處，此時取，使出現(xiàn)的波形更接近與要求，接下來就要在實際電路中進(jìn)行微調(diào)輸出符合要求的信號。2）、 Multisim繪制原理圖并進(jìn)行仿真實驗窄脈沖發(fā)生器功能分析：在U4的同相端輸入一個正相偏置電壓，反相輸入端接一個電容并通過R1與輸出端相連，具有積分功能，輸出為正負(fù)交替的方波。調(diào)節(jié)Rf1，Rp1可以改變正向偏置電壓

7、，進(jìn)而改變方波的占空比與周期。積分器U4產(chǎn)生的方波通過二極管D1，變成了負(fù)脈沖，這個脈沖通過R2輸入U2的反向輸入端，U2對這個脈沖積分，是輸出電壓上升。遲滯電壓比較器比較器的輸出，正相輸入端輸入信號 U1為一個遲滯電壓比較器，這里，其中是用來調(diào)節(jié)的。當(dāng)正相輸入端電壓大于反相輸入端時，U3輸出一個正電壓，使二極管D2導(dǎo)通，積分器進(jìn)入正電壓積分，U3輸出電位下降，直到U3輸出電壓降至遲滯比較器的下門限電壓時，U1輸出才恢復(fù)低電位D2截止，完成一個周期。完整電路圖四個電位器的作用分析Rf1和Rp1（保持Rw3和Rp3不變） Rf1Rp1NT實驗一40%50%62ms實驗二30%50%92ms實驗三

8、50%50%52ms實驗四40%30%72.5ms有以上測試可知，Rf1、Rp1可以用來調(diào)節(jié)階梯數(shù)和方波的周期。Rw3和Rp3（保持Rp1和Rf1不變） Rw3Rp3NUopp實驗一40%50%68V實驗五30%50%66V實驗六60%50%直流10V實驗七50%30%47V實驗八50%70%直流10V有上述測試可見，Rw3，Rp3對峰值有影響。三極管電路電源電路提供穩(wěn)壓電流12V。四、 PROTEL原理圖SCH和PCB4）連接并調(diào)試電路經(jīng)過二極管之后的波形，也即U2的輸入窄脈沖發(fā)生器的實驗時的波形圖，從圖中可以看到負(fù)向脈沖部分還是有一定寬度的，這也預(yù)示著階梯波的上升部分會有一定的斜度而不會趨

9、于理想。階梯波發(fā)生器的波形圖，從圖中可以看到峰峰值已超過了6V，頻率達(dá)到了549Hz左右，階數(shù)為6階，基本達(dá)到了實驗要求。電壓比較器的輸出，可以看到它的周期和階梯波的周期是一致的，而且只有一瞬間輸出高電平進(jìn)行積分瀉放，其它時間都處于低電平使二極管截至。六 實驗總結(jié)1）故障及問題分析1. 電路后沒有波形反應(yīng)，估計主要原因有兩個方面，一個為元器件可能存在的問題，另一個是可能出現(xiàn)虛接或者短路。2. 電路的波形顫動，不穩(wěn)定。是由于對示波器的操作不了解造成的，3. 電路波形不符要求，這個在于電位器的問題，進(jìn)行對電位器的作用測試后，就可以順利完成實驗要求了。2）總結(jié)和結(jié)論本實驗基本上完成了實驗要求中所涉及的基本內(nèi)容，通過實驗重點實習(xí)了模塊化的設(shè)計與搭接檢測這一過程。對于階梯波有了一定的了解和認(rèn)識，除了對產(chǎn)生機理有了