实验三阶梯波发生器的设计与仿真

实验三阶梯波发生器的设计与仿真一实验目的1〕掌握阶梯波发生器电路的结构特点2〕掌握阶梯波发生器电路的工作原理3〕学习复杂的集成运算放大电路的设计二实验要求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。)对电路进行分段测试和调节，直至输出适宜的阶梯波。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22〕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43〕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，在前面电路的根底上连接积分累加电路，如图7所示，翻开仿真开关，得到积分累加电路的波形如图8所示图7图8设计周期阶梯波，在〔4〕的根底上加上电压比拟器和开关控制电路，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。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14c.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改变比拟器的三个电阻值，如图分别为改变R3=10k，R12=10k，R13=35k的值后的输出波形。从输出波形中可以看到，比拟器的三个电阻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根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，通常将三种根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正确的电路性能。引入负反应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，积分器在原来的根底上积分，因此，积分器就起到了积分和累加的作用。当积分器累加的比拟器的比拟电压时，比拟器翻转，比拟器输出正电压，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，又使比拟器发生翻转，比拟器输出变为负值，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