电测与计量课程设计报告.docx
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电测与计量课程设计报告
电测与计量课程设计报告
——锯齿波发生器
班级：
姓名：
学号：
课设合伙人：
课设日期：
锯齿波发生器
一、课设内容及要求
1、设计内容：
设计一个锯齿波发生器，要求输出波形如下所示：
2、设计要求：
①周期要求如上图所示。
②锯齿波峰值大于10V。
3、元器件
①4011一片；
②电位器2个；
③90133个；
④电阻；
⑤电容；
二、课程设计预习
1、课设相关元件管脚图:
四2输入与非门4011：
NPN型晶体管9013：
2、根据课设要求仿真并设计锯齿波发生器电路图
（1）仿真最终电路图：
（2）电路图原理分析：
该实验电路图共分为两部分：
前面第一部分为矩形波产生电路，用三个与非门通过RC反馈电路产生稳定的方波，通过调节R1+R2与C1可以调节方波的周期。
具体计算为:
T=2.2*（R1+R2）*C1,按图取值为:
T=2.2*（4.7+0.1）K*470n=4.963ms。
第三个与非门输出端通过电位器R3与电阻R5和电容（C2//C3）与第四个与非门的输入端连接，当与非门3输出端为高电平时，通过两电阻并联对电容充电，充电时间取决于与非门3高电平的时间，当与非门3输出端跳转为低电平时，电容只通过R5电阻形成放电回路，由于放电回路时间常数R5*（C2//C3）大于充电时间常数（R3∥R5）*（C2//C3），所以电容放电时间较长，降低到与非门4输入低电平门限电压的时间长，调节R3的值就可以调节电容的充电电压，从而改变与非门4输出端跳转时间。
因此通过改变R3的电阻值可以改变电容的充放电时间，从而调节与非门4输出的矩形波的占空比；
后面第二部分为锯齿波发生器自举电路。
它的输入端为占空比可调的矩形波。
当与非门4输出为低电平时，第一个9013截止，电源经R4对电容C4充电，为保证锯齿波上升的线性度，在第一个晶体管的集电极再接一个9013，构成射极跟随器，由于使用的电解电容C5电容相对较大，能保证两端电压在充电这段时间基本保持不变，从而使电位器R4两端的电压与电解电容C5两端电压相当，也保持不变，一旦电位器R4的阻值选定后，流经它的电流保持不变，因而能保证充电时的线性度；当与非门4输出跳转为高电平时，9013导通，由于9013饱和时输出阻抗很小，所以电容放电很快，故形成了很短的扫描回程。
电源通过电位器R4对电容充电。
此段时间为积分时间，积分时间的长短取决于矩形波低电平的时间。
因此通过调节电位器R3的接入的电阻值就可以改变锯齿波的积分时间，且R3的值越大，锯齿波的占空比就越大。
同时调节电位器R4的阻值还可以调节锯齿波的幅值，减小R4的值可使幅值增大，但不会超过12V，会截止。
（3）仿真过程及相关分析
所用仿真软件为Multisim10.1
按照上图进行仿真，可得如下锯齿波波形：
由上图可以读出：
锯齿波周期大致为4.991ms，与理论算出来的值T=4.963ms大致相等，幅值大约为11V，均满足课设要求。
调节锯齿波幅值：
增大电位器R4的值，可使幅值减小，如下图所示：
相反，减小它的值可使幅值增大，直到截止。
调节占空比：
电位器调到95%时，占空比约为83%：
调到75时，占空比约为71.7%
电位器调到35%时，占空比约为40%：
调到10%时，占空比约为17%
3、确定课设电路图并列出元件清单
最终得出电路图为：
根据原理图列出元件清单：
4011一片、电位器（10K）两个、晶体管9013两个、电容474三个、电解电容100uF一个、二极管两个、电阻（1K）三个、电阻4.8K、2K、100欧各一个、导线若干以及电源和示波器等
三、课程设计制作及调试过程
1、锯齿波发生电路的搭接过程：
按照列出的元件清单领取元器件，根据设计的电路图，进行电路的连接，我们是一部分一部分连接的，先连好方波电路，用示波器观测产生的方波符合要求后再连后面那部分的电路。
2、调试过程
调试过程也是分两部分，先用示波器观测前半部分产生的方波，和计算的理论值差不多，产生的方波周期为5ms。
确定产生的方波五误后，再在第一个晶体管的集电极输出测锯齿波的波形，通过配合调节两个电位器的阻值可得不同占空比的锯齿波波形如下：
所得波形与仿真所得波形大致一致。
3、制作及调节过程中遇到的问题集解决方法
上述制作及调节过程看似很简单，其实在该过程中遇到了很多问题，但在老师和其他同学帮助下，经过自己的调试，也基本上都解决了。
下面就几个主要问题简单说明一下：
（1）方波出来了，连好电路后始终出不了锯齿波
我们先是对照电路图各自检查电路检查了几遍，没发现问题，然后又用示波器测每一步出来的波形，发现锯齿波之前的波形都没问题，但同时发现接地时波形并不是一条水平线，并且波形与集电极那儿的波形差不多，于是我们大概知道是接地出了问题，还有可能就是充电电容短路，排除了电容出问题的可能后，我再用万用表检查面包板上的各点接线，经过一番尝试后，终于发现问题了，然来我们用的面包饭最外边一排当地，只有每三个是连通的，而我们是当作每五个连一块儿的，所以电路各部分所接的地不一样，用导线把每部分的地都给连起来后，锯齿波波形就出来了。
（2）电路连接不好，波形时有时无。
我们开始是用跳线连接的电路，但是在调试过程中，用手碰到面包板时就有可能出不了波形了，再碰一下又出来了。
鉴于这种情况，避免不必要的麻烦，我们重新搭接了电路，用合适长度的导线重新布局，使导线贴着面包板，按照先前的搭接过程，一部分一部分的连，连好电路后，这种问题就不再出现了。
四、PCB板的制作
按老师要求，自学了PCB板的制作，流程简介如下：
1、绘制原理图，按照所设计的电路图可绘制如下原理图：
2、选择封装，生成网络表
3、生成PCB文件
4、在向导下布线，完成PCB板的制作
经过以上步骤后，可得PCB板如下图所示：
五、实验总结
本次课程设计从拿到设计题目开始，我们经历了查资料、设计电路图、仿真、制作和调试电路、总结报告这一系列过程，我们真得是自己从理论到实践这么一步步走过来的，过程中间遇到了很多问题，但在老师和其他同学的共同帮助下，经过自己的尝试和努力，最终问题也基本上都解决了，正是在这一过程中自己学到了很多课程设计过程中的相关知识，收获了很多经验。
从设计电路开始就遇到了很多问题，开始就直接用的RC积分电路，仿真时波形还行，但用电路搭接出来后，波形的线性就不是很好了，于是加了一个射极跟随器从而保证锯齿波上升的线性。
诸如此类问题很多，但不断地摸索也都解决了，只是多花了好多时间。
还有就是PCB板的制作，以前没画过，现在刚刚着手这个，软件里菜单还是英文的，先是看了别的同学的绘制过程，然后又自己一步步走下来，最终还是画出来了。
通过这次课程设计，更加熟练了对Multisim和Protel99se这两个软件的应用和掌握。
课程设计最终能做出来是以回事儿，但更重要的是自己动手这个过程，其间积累的经验在以后的课程设计甚至是在今后的工作中都是非常有用的。
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