实验三阶梯波发生器的设计与仿真要点Word文件下载.docx
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1)设计一个能产生周期性阶梯波的电路,要求阶梯波周期在20ms左右,输出电压范围10V,阶梯个数5个。
(注意:
电路中均采用模拟、真实器件,不可以选用计数器、555定时器、D/A转换器等数字器件,也不可选用虚拟器件。
)
2)对电路进行分段测试和调节,直至输出合适的阶梯波。
3)改变电路元器件参数,观察输出波形的变化,确定影响阶梯波电压范围和周期的元器件。
三.实验步骤
1)设计方波发生器,电路如图1所示,输出波形如图2所示。
图1
图2
2)在方波发生器的输出端接电阻和电容,组成微分电路如图3所示,得到尖脉冲的波形图如图4所示
图3
图4
3)设计限幅电路,将负半周的尖脉冲滤除掉。
利用二极管单向导通性来进行限幅,电路如图5所示,输出地单边尖脉冲如图6所示。
图5
图6
4)设计积分累加电路,用集成运放组成的积分电路实现积分累加,在前面电路的基础上连接积分累加电路,如图7所示,打开仿真开关,得到积分累加电路的波形如图8所示
图7
图8
5)设计周期阶梯波,在(4)的基础上加上电压比较器和开关控制电路,就组成了完整的阶梯波发生器,如图9所示,电路的输出波形如图10所示
图9
图10
从图10可以看出,电压的周期约为20ms,输出电压范围约10V,阶梯个数为5个,符合设计要求。
5)确定影响阶梯波电压范围和周期的元器件
因为振荡周期T=2R8C2ln(1+2R4/R2),所以理论上说,阶梯波的周期与R8C2成正比。
对于微分电路,vo=-R7C3(dv/dt),积分电路vo=-1/R5C4∫vdt,所以理论上阶梯波的高度与R7C3成正比,与R5C4成反比。
a.单独改变R8的值,原来R8=71.5k,现使其增加约一倍,R8=143k,输出波形如图11所示,周期T≈40ms。
单独改变C2的值,使其增加一倍,输出波形如入12所示,周期T≈40ms,从中可以看出,阶梯波的周期与方波发生器的R8C2成正比
图11
图12
b.单独改变R7的值,使其增加一倍,R7=1.64k,输出波形如图13所示
单独改变C3的值,使其增加一倍,C3=0.1uf,输出波形如图14所示
从图可知,C3R7的增加对输出电压范围影响不大,主要影响还是使得阶梯波的高度增加
图13
图14
c.单独改变R5的值,R5=1.2k,输出波形如图15所示
单独改变C4的值,C4=0.2uf,输出波形如图16所示
从图可知,C4R5的增加输出电压范围影响不大,主要影响还是使得阶梯波的高度的减小
图15
图16
c.改变比较器的三个电阻值,如图17.18.19分别为改变R3=10k,R12=10k,R13=35k的值后的输出波形。
从输出波形中可以看到,比较器的三个电阻R3,R12,R13对周期和电压输出范围有影响,对阶梯波高度无影响。
图17
图18
图19
四实验小结
为了获得足够高的电压放大倍数,或者为了获得满足要求的输入输出电阻,实际的放大电路通常由多个基本放大电路级联而成,构成多级放大电路,在组成多级放大电路时,通常将三种基本组态的放大电路进行适当的排列组合,充分发挥各自电路的特点,从而获得多级放大电路最佳的电路性能。
引入负反馈会使得电路各参数受到影响。
为了设计一个负阶梯波发生器,首先考虑产生一个方波,其次,经过微分电路输出得到上下都有的尖脉冲,然后经过限幅电路,只留下所需的正脉冲,再经过积分电路,实现累加而输出一个负阶梯。
对应一个尖脉冲就是一个阶梯,在没有尖脉冲时,积分器保持输出不变,在下一个尖脉冲到来时,积分器在原来的基础上积分,因此,积分器就起到了积分和累加的作用。
当积分器累加的比较器的比较电压时,比较器翻转,比较器输出正电压,时振荡控制电路起作用,方波停振。
同时,这个正电压使电子开关导通,积分电容放电,积分器输出对地短路,恢复到起始状态,完成一次阶梯波输出。
积分器输出由负值到零跳变的过程,又使比较器发生翻转,比较器输出变为负值,这样振荡控制电路不起作用,方波输出,同时使电子开关断开,积分器进行积分累加,如此循环往复,就形成了一系列阶梯波。
影响阶梯波电压范围的元器件:
R3,R12,R13
影响周期的元器件:
R8C2R4R2
影响阶梯波高度的元器件:
R7,C3,R5,C4
(以上均对照图9电路)
结论
这个实验是我做的EDA设计三个实验中最难的一个,一开始看着ppt上“庞大”的参考电路,我有些摸不着头绪。
但当我慢慢的看书,一步一步的上手,发现其实这个电路还是很好理解的,把电路拆分了,就是我模电课上学过的各种功能电路,把各个功能配合起来,就是实验的结果。
了解清楚了原理,设计起电路来就简单多了,后面只用了很少的时间就把电路完成了。
可见,做好实验的关键是把原理弄懂,这样可以事半功倍。
参考文献
[1]付文红、花汉兵《EDA技术与实验》机械工业出版社2007年
[2]王建新、姜萍《电子线路实践教程》科学技术出版社2003年
[3]郑步生、吴渭《Multisim2001电路设计及仿真入门与应用》2002年
[4]周淑阁,付文红,等.模拟电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2004.
[5]温平平,贾新章.模拟乘法器的建模及其应用[J].电子科技,2004,3.