階梯波發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(共15頁(yè))

1、階梯(jit)波發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 姓名(xngmng)： 班級(jí)(bnj)：學(xué)號(hào)： 班內(nèi)序號(hào):摘要(zhiyo)與關(guān)鍵字 摘要(zhiyo)：本實(shí)驗(yàn)(shyn)電路由方波三角波發(fā)生器與遲滯電壓比較器構(gòu)成。方波發(fā)生器產(chǎn)生方波信號(hào)， 經(jīng)過(guò)微分電路和限幅電路后形成方波脈沖，方波脈沖經(jīng)積分器積分累加形成階梯波脈沖，通過(guò)遲滯電壓比較器，當(dāng)積分累加到比較器的比較電壓時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，使振蕩控制電路起作用，方波停振。如此循環(huán)往復(fù)，產(chǎn)生周期性階梯波。 調(diào)節(jié)相應(yīng)電位器的阻值就能改變階梯數(shù)、階梯幅值和階梯周期。 關(guān)鍵字： 階梯波 窄脈沖發(fā)生器 遲滯電壓比較器 積分器 二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)

2、一步掌握集成運(yùn)放和電壓比較器的應(yīng)用。進(jìn)一步工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐動(dòng)手能力，建立系統(tǒng)概念。實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求利用所給元器件設(shè)計(jì)一個(gè)階梯波發(fā)生器，f500Hz，Uopp3V，階數(shù) N=6；設(shè)計(jì)該電路的電源電路（不要實(shí)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）。設(shè)計(jì)思路與總體結(jié)構(gòu)框圖： 設(shè)計(jì)思路1 窄脈沖發(fā)生器電路設(shè)計(jì)（窄脈沖(michng)發(fā)生器）T為階梯(jit)波周期，T為脈沖(michng)波周期，N 為階梯數(shù)；T1 高電平持續(xù)時(shí)間；T2低電平持續(xù)時(shí)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(diào)節(jié)。由實(shí)驗(yàn)要求：=6，帶入以上公式，

3、計(jì)算可得：2ms，故取 =2ms；則=0.29ms；取=11V， 則， 。是窄脈沖電壓幅度，此電路(dinl)中可由電源電壓決定。取6V左右(zuyu)即可，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和的計(jì)算公式中，對(duì)數(shù)部分我們(w men)可以設(shè)為1，取，根據(jù)已知的頻率可計(jì)算電容的值。窄脈沖的寬度可用電位器來(lái)調(diào)節(jié)。 2 積分器電路設(shè)計(jì)（積分器）當(dāng)放大電路滿足深度負(fù)反饋條件時(shí)，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(dá)式為：顯然，輸出電壓與輸入電壓是積分關(guān)系。當(dāng)已知輸出電壓在時(shí)刻的值時(shí)，輸出電壓表 達(dá)式可以為：對(duì)負(fù)脈沖進(jìn)行(jnxng)幾份的時(shí)間常數(shù)為，每積分(jfn)一次獲得(hud)的電壓增量為為

4、滿足，且階梯數(shù)，由以上公式計(jì)算可得, 。 3 遲滯電壓比較器電路設(shè)計(jì)（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(hào)，與基本的單項(xiàng)較器相比，遲滯比較器通過(guò)引入了電壓反饋。根據(jù)要求，在一個(gè)周期中有6個(gè)階梯，輸出電壓可以從0V到11V，則上下門限電壓可以設(shè)為Uth11V，Uth0V。參考電壓可以用10k電位器調(diào)節(jié)，或用固定電阻分壓。為方便電路調(diào)節(jié)，Rf3可以是一50k左右固定電阻加上一個(gè)22k電位器。為了使階梯返回時(shí)間小于一個(gè)臺(tái)階，R3應(yīng)小于R2，所以取R3為10k?？傮w結(jié)構(gòu)框圖： （總體(zngt)結(jié)構(gòu)框圖） 分塊電路(dinl)的設(shè)計(jì)與總體電路的設(shè)計(jì)： 分塊電路

5、(dinl)的設(shè)計(jì)負(fù)脈沖發(fā)生器利用運(yùn)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(gè)二極管，使得方波發(fā)生器與積分器之間只能導(dǎo)通負(fù)脈沖，則方波發(fā)生器與二極管就形成了一個(gè)負(fù)脈沖發(fā)生器。電路圖如下： （負(fù)脈沖(michng)發(fā)生器）積分器將負(fù)脈沖通過(guò)(tnggu)電阻R2輸入積分器中運(yùn)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(gè)(y )電容，從而構(gòu)成反相積分器。負(fù)脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，負(fù)脈沖發(fā)生器中的二極管導(dǎo)通，積分器對(duì)負(fù)脈沖積分，輸出電壓上升；負(fù)脈沖消失后，二極管截止，輸入輸出保持不變，形成一個(gè)臺(tái)階。 （反相積分器）遲滯電壓(diny)比較器遲滯電壓比較器的作用就是使得積分器的輸出

6、電壓達(dá)到一定值的時(shí)候又下降為零，從而進(jìn)入(jnr)先一個(gè)周期。 （遲滯(chzh)電壓比較器）總體電路(dinl)的設(shè)計(jì)：運(yùn)算放大器 U1為窄脈沖發(fā)生器，U2 為積分器，U3構(gòu)成遲滯電壓比較器。兩個(gè)二極管， 其中 D4 是階梯形成控制門，D3 是階梯返回控制門。由于(yuy) U1 的同相輸入端加入 一個(gè)正參考電壓，U1輸出為負(fù)脈沖。在負(fù)脈沖持續(xù)期間，二極管 D4 導(dǎo)通，積分 器 U2對(duì)負(fù)脈沖積分，其輸出電壓上升。負(fù)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(gè)臺(tái)階，積分器 U2的輸出的階梯波及時(shí)遲滯比較器 U3的輸入，該值每增加一個(gè)值。在臺(tái)階級(jí)數(shù)較少的時(shí)候，U3的同相輸入端

7、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(tái)階級(jí) 數(shù)的增加，當(dāng) U3的同相輸入端電壓高于參考電壓時(shí)，U3的輸出跳變至高電平， D3 導(dǎo)通，積分器進(jìn)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(bjio)器的下門限電壓使，U3輸出才又恢復(fù)低電位 D3 截止，完成一個(gè)周期。 （總體電路圖）參數(shù)計(jì)算公式： 五、所完成功能(gngnng)說(shuō)明：第一級(jí)輸出(shch)方波： 主要(zhyo)測(cè)試數(shù)據(jù)：高電平持續(xù)時(shí)間T1 =0.124ms; 低電平持續(xù)時(shí)間T2 =0.134ms; 脈沖(michng)波周期T=0.258ms;分析(fnx)

8、：計(jì)算公式：T=(N+1)T其中 ，。按實(shí)驗(yàn)要求，N=6，則。綜上解得：脈沖波周期 高電平持續(xù)時(shí)間 階梯波輸出： 主要(zhyo)測(cè)試數(shù)據(jù)：峰峰值7.48v; 頻率(pnl) 554.97Hz; R1兩端電壓U=2.2mv.分析(fnx)：電路調(diào)節(jié)方法：調(diào)節(jié)波形的輸出特性主要利用電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，各電位器的調(diào)節(jié)作用及原理如下： Rf1: 主要用于調(diào)節(jié)窄 脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的脈沖周期。通過(guò)對(duì)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(diào)節(jié)窄脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生脈沖的占空比。控制外加電源，改變輸出功率，同時(shí)影響輸出電流。Rw3: 用于調(diào)節(jié)階梯波

9、的峰峰值。原理是利用對(duì)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(chǔ)上，通過(guò)對(duì)反饋電流的影響，調(diào)節(jié)階梯數(shù)。以上各電位器在調(diào)節(jié)(tioji)時(shí)，一般情況下是共同調(diào)節(jié)，綜合起作用。這四個(gè)電位器基本上都能從某一方面對(duì)階梯波的頻率及階梯級(jí)數(shù)進(jìn)行(jnxng)調(diào)節(jié)，所以在調(diào)試測(cè)試時(shí)需要不斷變換這些電位器的阻值搭配，才能(cinng)出現(xiàn)理想的波形。六、故障及問(wèn)題分析：面包板及示波器接觸不良遇到這種情況的時(shí)候一般是接觸不良，示波器顯示波形雜亂不穩(wěn)定，后來(lái)重新選擇了導(dǎo)線的長(zhǎng)度，插入面包板比較

10、牢固，示波器的插頭要使勁插好才能輸出波形或者換臺(tái)儀器便能很好解決，。電阻選用錯(cuò)誤 電路中有一處使用50k歐姆，由一個(gè)20k歐姆的和一個(gè)30 k歐姆的串聯(lián)，但是發(fā)電組的時(shí)候電阻標(biāo)錯(cuò)數(shù)值，30k歐姆的電阻實(shí)際為要大于400k歐姆，導(dǎo)致試驗(yàn)箱中電阻插錯(cuò)，進(jìn)而使得無(wú)論如何調(diào)節(jié)電位器都無(wú)法達(dá)到峰峰值3v的要求。后來(lái)用萬(wàn)用表測(cè)量法相30k歐姆的電阻式400k歐姆多一些，于是改正電阻，實(shí)現(xiàn)峰峰值7.48v。3 元器件的損壞在測(cè)試階段，經(jīng)常會(huì)遇到LM741燒壞的問(wèn)題。其原因是電路接的有問(wèn)題，暴露在外的 導(dǎo)線很容易發(fā)生接觸使電路短路。通過(guò)不斷的檢查，排除了電路的問(wèn)題。但是仍然沒有出現(xiàn)想要的波形，于是逐個(gè)測(cè)試電路

11、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(dāng)一部分都是壞的，或者在擰到一定的位置時(shí)會(huì)出現(xiàn)虛接的問(wèn)題。于是在感覺電路連接無(wú)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(jié)和結(jié)論：在本次實(shí)驗(yàn)中，第一次接觸到了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，并且是通過(guò)組隊(duì)來(lái)完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)，感覺十分具有挑戰(zhàn)性。在選取實(shí)驗(yàn)后認(rèn)真研究了實(shí)驗(yàn)原理以及電路圖，為實(shí)驗(yàn)做好了充分的準(zhǔn)備。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，一步步搭建電路以及測(cè)試電路的過(guò)程中出現(xiàn)了不少問(wèn)題，但是每到一個(gè)關(guān)卡我們組的每個(gè)成員都會(huì)用心鉆研，想出解決辦法，順利的進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮了團(tuán)體協(xié)作精神。我個(gè)人在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題前面已經(jīng)敘述，從而總結(jié)出幾

12、點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)： 在搭建比較復(fù)雜的電路時(shí)，可以先將電路分為幾個(gè)模塊，分塊搭建，減輕難度，易于搭建，也易于查錯(cuò)；正式測(cè)試前要知道各個(gè)模塊的輸出波形，便于分部調(diào)節(jié)；使用電阻及其他元件之前要準(zhǔn)確測(cè)量其大小。這樣就減輕了復(fù)雜電路的難度，以便順利的完成實(shí)驗(yàn)和檢查問(wèn)題。通過(guò)本次試驗(yàn)，鍛煉了我們自主學(xué)習(xí)，學(xué)以致用的動(dòng)腦動(dòng)手能力，更加給我一個(gè)明確的學(xué)習(xí)方向與方法，課本上的知識(shí)一定要運(yùn)用到生活實(shí)際，這樣才算學(xué)懂，學(xué)會(huì)，學(xué)習(xí)。希望在這次試驗(yàn)中積累的經(jīng)驗(yàn)可以為以后的實(shí)驗(yàn)以及(yj)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。八、PROTERL繪制(huzh)原理圖：PCB印刷(ynshu)電路板直流工作點(diǎn):九、所用(su yn)原件清單及測(cè)試儀表清單原件(yun jin)清單：元件名稱數(shù)量用途運(yùn)算放大器3構(gòu)建比較器、積分器、脈沖發(fā)生器二極管2利用單向?qū)刂撇ㄐ坞娢黄?調(diào)節(jié)電路特性電容2構(gòu)建積分器電阻4提供電壓及反饋導(dǎo)線若干聯(lián)通電路儀器(yq)清單：儀器名稱用途直流穩(wěn)壓電源提供直流穩(wěn)壓電源示波器顯示波形萬(wàn)用表測(cè)量電阻和電壓十、參考文獻(xiàn)：北京郵電大學(xué)電路中心主編：電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程；北京郵電大學(xué)電路中心主編：電子測(cè)量與電子電路實(shí)驗(yàn)教程；劉寶玲等編著電子電路路基礎(chǔ)； HYPE