阶梯波发生器的设计及实现.doc

电子电路综合实验设计 实验名称：阶梯波发生器的设计与实现 学院： 班级： 学号： 班内序号： 姓名： 实验报告大纲 一、实验课题 二、实验内容摘要及关键词 1.实验内容摘要 2.实验关键词 三、实验设计任务要求 基本要求 提高要求 探究环节 四、设计思路、总体结构框图 设计思路及总体结构框图 元器件资料 五、分块电路和总体电路的设计过程 六、所实现的功能说明 （1）已完成的基本功能和扩展功能； （2）主要测试数据； 必要的测试方法等。 七、故障及问题分析 总结和结论 PROTEL绘制的原理图（SCH）及印制电路板（PCB） 十、实验所用元器件及测试仪表清单 十一、参考文献 一、实验课题 阶梯波发生器的设计与实现 二、实验内容摘要及关键词 1.实验内容摘要 本实验的目的是设计与实现一个阶梯波发生器。实验电路由窄脉冲-锯齿波发生器构成，通过将运算放大器的几个典型电路——方波发生器、积分器和迟滞电压比较器，以及二极管形成的控制门等主要元器件，进行合理的改进组合，设计出阶梯波发生电路。实验用两个二极管分别作为阶梯波形成控制门和阶梯波返回控制门；通过调节相应的电位器，改变阶梯数、阶梯幅值、阶梯周期以及阶梯波周期等波形特性。 阶梯波的应用十分广泛，本实验中就利用阶梯波来观测三极管的输出特性曲线。 阶梯波发生器还有多种设计方案，本实验将就其中一种进行研究。 2.实验关键词 阶梯波、迟滞电压比较器、积分器、窄脉冲发生器、控制门 三．实验设计任务及要求 1.基本要求： 利用所给元器件设计一个阶梯波发生器，，阶数； 设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB）。 2、提高要求： 利用基本要求里设计的阶梯波发生器设计一个三极管输出特性测试电路，在示波器上可以观测到基极电流为不同值时三极管的输出特性曲线束。 3、探究环节： 1）能否提供其他阶梯波发生器的设计方案？如果能提供，请通过仿真或实验结果加以证明； 2）探索其他阶梯波发生器的应用实例，给出应用方案。 四、设计思路、总体结构框图 1．设计思路及总体结构框图 总体结构框图： 本实验中阶梯波发生器电路是由方波-三角波发生器与迟滞电压比较器构成。图1中，运算放大器U1构成迟滞电压比较器，U3是积分器，U4为窄脉冲发生器。两个二极管，其中D1是阶梯形成控制门，D2是阶梯返回控制门。由于U4的同相输入端加入一个正参考电压，U4输出为负脉冲。在负脉冲持续期间，二极管D1导通，积分器U3对负脉冲积分，其输出电压上升。负脉冲消失后，D1截止，积分器输入、输出电位保持不变，则形成一个台阶，积分器U3的输出的阶梯波就是迟滞比较器U1的输入，该值每增加一个台阶，U1的输入电压增加一个值。在台阶级数较少的时候，U1的同相输入端的电位比反相输入端的参考电压低，使U1输出低电平，二极管D2截止。随着台阶级数的增加，当U1的同相输入端电压高于参考电压时，U1的输出跳变至高电平，D2导通，积分器进入正电压积分，使U3输出电位下降，直到U3输出电压降至迟滞比较器的下门限电压时，U1输出才恢复低电位，D2截止，完成一个周期。 2.元器件资料 本实验中用到了三个UA741芯片，通过查找资料了解UA741的主要参数，管脚设置等。 五、分块电路和总体电路的设计 （1）电源电路的设计 本实验需要的是+12V的直流稳压电源。具体电源电路包括整流，滤波，稳压等部分，具体的设计如下。 （2）窄脉冲发生器的设计 为阶梯波周期，为脉冲波周期，为阶梯数；高电平持续时间；低电平持续时间。由实验要求：=6，，带入以上公式，计算可得≦2ms，故取 =2ms；则=0.29ms；取=11V，则， 。是窄脉冲电压幅度，此电路中可由电源电压决定。取6V左右即可，为简化设计和的计算公式中，对数部分我们可以设为1，取，根据已知的频率可计算电容的值。窄脉冲的宽度可用电位器来调节。 （3）积分器的设计 当放大电路满足深度负反馈条件时，由虚开路和虚短路特性知，电容两端的电压为输出电压，则输出电压的表达式为： 显然，输出电压与输入电压是积分关系。当已知输出电压在时刻的值时，输出电压表达式可以为： 为满足，且阶梯数，由以上公式计算可得, 。 （4）迟滞比较器的设计 比较器的反相输入端通过电阻加有参考电压，与基本的单项比较器相 比，迟滞比较器通过引入了电压反馈。根据实验要求，阶梯波一个周期中有6个阶梯，则将上下门限电压设为。输出电压变化在6V以上，则参考电压用电位调节器，取,为一个电位调节器。并且，为了控制阶梯波返回时，返回时间小于一个台阶的产生时间，则还应取小于，故取为。 （5）综合上面总体电路设计如下图所示 六、所实现功能说明 1.已完成的基本功能 在面包板上连接电路，并用示波器观测所需的波