阶梯波发生器的设计与实现实验报告.doc

阶梯波发生器的设计与实现实验报告姓名:梅吴杨班级: 2010211203 学号: 10210930 班内序号: 12 摘要: 本实验主要用了三个运算放大器来实现阶梯波的发生,其中一个作为迟滞电压比较器,一个作为窄脉冲发生器,还有一个作为积分器。窄脉冲发生器形成方波后,通过一个二极管使积分器对其中的负脉冲部分进行积分, 形成阶梯波。阶梯波的周期由迟滞电压比较器来控制,随着积分器的输出电压不断增高,迟滞电压比较器的会从输出低电平变为输出高电平,这时积分器输出电压会下降,当输出电压值降到迟滞比较器的下门限电压时, 完成一个周期。关键词:负脉冲积分反馈设计任务要求: 基本要求 ,f >= 500HZ, U opp >= 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 )。提高要求 1. 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本电流为不同值时三极管的输出特性曲线束。探究环节: ?若能,请通过仿真或实验结果加以证明;,给出应用方案。设计思路: 要形成阶梯波,可以用一个运算放大器对负脉冲进行积分,因此需要设计一个积分器;要发生负脉冲,还需要一个负脉冲发生器;最后,为控制阶梯波能达到的高度和阶梯波的周期,需要一个迟滞电压比较器。总体结构框图如下。总体结构框图下面就依次对负脉冲发生器、积分器、迟滞电压比较器的部分电路进行设计。 1. 电源电路(原理图在 14 页 PROTEL 绘制的原理图中有) 该实验不对电源电路进行要求,直接使用实验室已有的电源。 2. 负脉冲发生器负脉冲虽然不能直接通过电路得到,但容易想到,如果在方波发生器与积分器之间加上一个二极管 D 4,使方波发生器与积分器之间只能导通负脉冲,那么方波发生器与二极管就形成了一个负脉冲发生器了。方波发生器由一个 LM741 运算放大器 U 1 、一个 的电容 C 1 和一个 100k 的电阻 R 1构成,如下图。负脉冲发生器电阻 R 1在电路中构成反馈网络,在这个运放的同相输入端加一个正参考电压,则 6 管脚输出方波,在负脉冲持续期间,二极管导通,将负脉冲送到积分器。 3. 积分器为了对负脉冲进行积分,将负脉冲通过电阻 R 2 从运算放大器 U 2的反相输入端输入,然后在 U 2 的输出与反相输入端间加入一个电容 C 2,构成反相积分器。在负脉冲持续期间,负脉冲发生器中的二极管导通,积分器对负脉冲积分,U 2输出电压上升;负脉冲消失后,二极管截至,U 2 输入、输出保持不变,形成一个台阶。每对一个负脉冲积分, U 2输出电压增加: 其中, R 2C 2 为积分常数, U o为U 2 反相输入端的输入电压, T 为积分时间,即每个负脉冲存在的时间。积分器 4. 迟滞电压比较器迟滞电压比较器的作用就是要使积分器输出端的电压达到一定值后,又下降变为零,从而进入下一个周期。迟滞电压比较器的原理如下: R3 在电路中引入了反馈,使比较器输出电压处于高低电平( Uom/Uon )时,门限电压 Uth 值不同。将积分器的输出电压经过一个电位器送到运算放大器 U 3 的同相输入端,那么就还需要在它的反相输入端输入一个参考电压 Ur 。当 U 3的同相端输入电压比上门限电压 Uth+ 低时,它输出低电平,当 U 3 的同相端输入电压比上门限电压 Uth+ 高时,输出电压 U3o 发生跳变,输出高电平。迟滞电压比较器当U 3 的输出由低电平变为高电平,此时阶梯波的阶数为 N 等于积分器的输出电压处以每次积分升高的电压,即 N=U2o /△ U2 用一个二极管将迟滞电压比较器的输出与积分器的反相输入端相连,使迟滞电压比较器输出低电平时,二极管截至,输出高电平时,二极管导通。若该二极管导通,则积分器将进入正电压积分,积分器的输出电压将下降。知道积分器的输出电压下降到迟滞比较器的下门限电压时,迟滞比较器输出又恢复低电位,二极管截至,完成一个周期。总体电路的设计: 总的电路图如下: 图中, Rf1=200K,Rp1=10K,Rp3=22K,Rw3=10K; 参数计算公式为: ??'1TNT??????????????? 11 1 11 '121 ln Rmf mpUUR URCRT????????????? 11 111 '221 ln Rmf mpUUR URCRT???????????????? 1 221 2 211111 '41 ln Rmf mfppUUR URRRCRTT 为阶梯波周期, 'T 为脉冲波周期,N为阶梯数; '1T 为