阶梯波发生器的设计与实验 实验报告.doc

北京邮电大学
电子电路综合设计实验
实验报告
课题名称: 阶梯波发生器的设计和调测
院系: 信息与通信工程学院
班级:
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班内序号:
学号:
摘要
阶梯波是一种特殊波形,在一些电子设备及仪表中用处极大。阶梯波发生器是由一个方波-三角波发生器与迟滞电压比较器组成的电路。通过对运算放大器UA741,二极管以及电容等器件进行组合,以及对各个部分输出输入波形的分析和关联,设计出了阶梯波发生电路。通过对该电路的适当改接,还可以完成一个三极管输出特性测试电路。
实验关键词:阶梯波脉冲方波-三角波发生器迟滞电压比较器
第一章绪论
阶梯波的应用背景
阶梯波在电子设备中的应用十分的广泛。例如阶梯波修复技术,它是通过测定电池状态,在充、放电的同时不断发出正负变频阶梯波与电池中的硫酸铅结晶体发生共振,从而使硫酸铅晶体还原成硫离子和铅离子,调解二氧化铅的比例至1:,改变电介质成份和性质,每秒产生 40万组复合阶梯波提高修复效率(阶梯波频率)达3兆赫兹以上,打通离子通道,充分释放并激活原活性物质,使其具备更强的电化学能力,降低电池内阻,彻底消除电池硫化。至使硫化物质的分解还原率达95%以上,经过再生复原的铅酸蓄电池,其容量可恢复到原标准容量的95%以上。
资料中常见的方案
查阅资料得到阶梯波发生电路的常用设计方案如下:



第二章系统设计
实验要求
基本要求:
,要求:f>>500Hz,Uopp>>3V,阶数 N=6
(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)。
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积极电流为不同值时的三极管输出特性曲线束。
探究环节:
探索其他阶梯波发生器的应用实例,给出应用方案。
实验原理
窄脉冲发生器
经二极管得到负脉冲波

控制阶梯波返回
反相积分器
电源电路
阶梯波

电子开关电路

本次实验采用的电路原理图如下:(下图用protel DXP 2004搭建)

该电路是由方波-三角波发生器与迟滞电压比较器构成。图6-1 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 输出才又恢复低电位D2 截止,完成一个周期。
,Rf1=200k; Rp1=10k; Rp3=22k; Rw3=10k
、 主要芯片参数及特性
本实验采用的是UA741集成运放,有关UA741的一些典型参数如下:



电路图及各模块的功能
脉冲发生器电路设计

T为阶梯波周期,T’为脉冲波周期,N 为阶梯数; T1’高电平持续时间;T2’低电平持续时间。Um 是脉冲波电压幅度,此电路中可由电源电压决定。窄脉冲的宽度可以由Rf1调节。
由实验要求:
N=6, f≧500Hz, Uopp≧3V
带入以上公式,计算可得:
T≦2ms, 故取 T=2ms;则T’=;
取Um=11V,
则R1=100k, C1=;
积分器电路设计

对负脉冲进行几份的时间常数为,每积分一次获得的电压增量为
为满足Uopp≧3V,且阶梯数N=6。由以上公式计算可得C=, R2=100k
迟滞电压比较器电路设计

该电压比较器的参考电压加在反相输入端,在同相输入端加输入信号。根据要求,在一个周期中有6个阶梯,输出电压可以从0V到11V,则上下门限电压可以设为Uth+=11V,Uth-=0V。
参