阶梯波发生器的设计与实现.docx

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阶梯波发生器的设计与实现

阶梯波发生器的设计与实现

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阶梯波发生器的设计与实现

摘要:

阶梯波是一种具有离散取值特性的波形，本次试验主要使用三个集成运算放大器，分别作为迟滞电压比较器、窄脉冲发生器以及积分器，并利用二极管的单向导电性，来实现阶梯波的产生。

其中，积分器与窄脉冲发生器用于阶梯波的产生,迟滞电压比较器用于控制阶梯波的周期,并可以通过调节电阻的大小控制阶梯波的台阶数与频率。

关键词：

阶梯波、集成运算放大器、二极管

一、设计目的：

1、通过实验进一步掌握集成运放和电压比较器的应用。

2、进一步工程设计和实践动手能力，建立系统概念。

二、设计任务要求：

1、基本要求：

1）利用所给元器件设计一个阶梯波发生器，f≥500Hz，Uopp≥3V,阶数N=6；

2）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。

如图，其产生的波形为梯形波。

窄脉冲发生器工作在非线性区。

其中：

Rf1主要用于调节窄脉冲发生器输出波形的周期，从而改变一个周期内的阶梯台阶数。

通过对外加电源的分压，改变同相输入端的参考电压，电容充放电的周期因而改变，脉冲周期也随之改变。

Rp1:

主要用于调节窄脉冲发生器所产生脉冲的占空比，同时可以调节频率。

2.积分器：

如图，其产生的波形为阶梯波。

在负脉冲持续期间，二极管D1导通，同相输入端接地，负脉冲由反相输入端输入，积分器对负脉冲积分并反相，其输出电压累加上升；负脉冲消失后，二极管截至，输入、输出保持不变，形成一个台阶。

3.迟滞电压比较器：

将积分器U3的输出电压输入迟滞电压比较器的同相输入端，并在反相输入端输入一个参考电压。

由迟滞电压比较器的工作原理可知，同相端输入电压比门限电压低时，它输出低电平，二极管D2截至，台阶持续累加；当同相端输入电压比门限电压高时，输出电压发生跳变，输出高电平，D2导通，U3开始正电压积分，则U3的输出电位降低，至U3输出的电压低于迟滞电压比较器的门限电压时，U1恢复输出低电平使D2截止，完成一个周期。

其中：

Rw3:

用于调节阶梯波的峰峰值。

原理是利用对反响输入端电压的分压作用，改变参考电压，从而与积分电路输出到同相输入端的电压相比较，控制阶梯波返回。

Rp3（22kΩ）：

用来调节阶梯波的幅度大小，同时可调节频率和阶梯台阶数量。

六、总体电路原理图与实际电路图：

七、所实现功能：

如图，实现基本要求，其中频率为581.63Hz,幅度为4.66V。

八、问题及故障分析：

1.在在protel上绘制原理图的时候，二极管D2的图标被显示的其所在位置的电压值遮挡了大部分，由于本人粗心大意忽略了该二极管。

幸好在搭接电路前，与同组同学相互检查电路图时及时发现了这个问题，并标注修正。

2.第一次搭接电路时，由于对原理图分析产生错误，将电容c1的一端与正电源、负电源接到了同一点上，导致短路。

直流电压源及时报错，后来在对比检查搭接电路和原理图是发现并改正此错误。

3.电位器的三个引脚比较接近，插在面包板上容易错误判断其引脚所在。

开始时示波器显示波形，无论怎么调都是一片混乱。

于是重复复核电路，发现有一根导线连到了电位器旁边的孔位上，并未与电位器相连。

纠正错误后，示波器输出阶梯波。

4.在使用protel绘制PCB时，课本上描述的一些功能所在的目录与我所下载protel的版本存在些许不同。

在自己摸索了许久不成后，在网上搜索到了一些教程，对比教程与课本完成了protel的上机操作。

九、总结与结论：

通过本次实验，我基本了解阶梯波的产生原理，进一步学会了窄脉冲发生器、积分器和迟滞比较器的作用。

在漫长的四个周的实验中，锻炼了自己的动手能力与自主探究实践能力，丰富了实际操作经验。

同时我还学到了Protel这个实用的电路软件的基本应用，学会通过Protel实现PCB绘板。

本次试验还培养了我的耐心，在调节电路参数时有四个电位器需要调节，这需要沉下心来耐心地进行探索，有时调节一个参数时为保持其他参数仍满足条件，需要两个电位器的共同配合。

十、protel绘制原理图及PCB

十一、所用仪器及器件：

1．直流稳压电源1台

2．双踪示波器1台

3．万用表1个

4．运放UA7413片

5．电位器10K2个

22K1个

200K1个

6．电容0.01μF2个

7．电阻10K1个

50K1个

100K2个

8．二极管DIN41482个

9．面包板1块

参考文献：

【1】北京邮电大学电子工程学院电路实验中心编：

《电子测量与电子电路实验教程》

【2】刘宝玲.电子电路基础［M］．第2版.北京：

北京邮电大学出版社，2006