EDA实验四阶梯波发生器电路的设计.doc

实验四 阶梯波发生器电路的设计一、实验目的1. 熟悉Multisim软件的使用，包括电路图编辑、虚拟仪器仪表的使用方法掌握常用电路分析方法。2. 能够运用Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析，掌握EDA设计的基本方法和步骤。3. 熟练掌握有关阶梯波电路设计的方法，并应用相关知识来分析电路，掌握组成阶梯波电路的各个部分的电路的在阶梯波电路中的作用，深刻体会阶梯波的调节方法，做到理论和实践相结合，加深对知识的理解。二、实验要求（1）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。)（2）对电路进行分段测试和调节，直至输出合适的阶梯波。（3）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实验所用的总电路图如下图1所示：图1电路输出的波形如下图2和图3所示：图2 图3由上面两幅图可以看出阶梯波的周期为T=23.899mS，阶梯个数为5个，输出电压为10.024V符合实验要求。本实验所用的电路由方波发生电路、微分电路、限幅电路、积分累加器、比较器、电子开关电路、振荡控制电路和电源等八部分电路组成，各个部分的关系可由下框图所示：振荡控制电路比较器积分累加电路 输出限幅电路微分电路方波发生器电子开关电路电源2.电路工作原理方波发生器电路方波发生器电路如下图4所示：图4实验所用方波发生电路产生的方波的周期为T=2Rf1Cln(1+2R2R3)，带入相应的数据可知T=218.7K100nFln(1+213.3K16K)=3.76mS。其输出的方波波形如下图5和图6所示：图5 图6调节电阻Rf1，电容C的大小，和R3R2的值就可以改变方波的周期，从而影响到最终阶梯波的周期。微分电路微分电路所用的电路图如下图7所示：图7其输出的波形如下图8所示： 图8在输出电压为负时，由于二极管在反向时导通电流很小，所以导致微分电路的输出负值反值部分很小，基本上没有微分效果。限幅电路限幅电路所用的电路图如下图9所示：图9限幅电路的输出波形如下图10所示：图10由于二极管的单向导通性所以微分电路输出的负值被削去，从何出现图10所示的尖脉冲波。 分累加器积分累加电路所用的电路图如下图11所示 图11积分累加电路的输出波形如下图12所示图12由图中可以看出电路输出的阶梯的差值为V=2.096V，满足电路输出五个阶梯波时电路的输出电压为10V左右的要求。比较电路、电子开关电路和震荡控制电路比较电路、电子开关电路和震荡控制电路所用的电路图如图13所示： 图13 经过比较电路和电子开关电路以后比较电路输出的结果和微分电路输出的结果如图14所示，其中蓝色为微分电路输出的结果，红的部分为比较电路输出的结果。图14由图14可以看出当比较电路的输出值高电平时电子开关开关开启，积分电路的电容通过电子开关放电，积分电路从新开始积分，从而使阶梯波电路发生跳变，开始新的周期。当比较器的输出端输出高电平时，震荡控制电路工作，方波停振，使积分电路清零，当比较器输出低电平时电路正常工作。3.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。由方波的周期T=2Rf1Cln(1+2R2R3)可知改变电路中的Rf1h、C的值还有电阻R2,R3的比值可以改变每个方波的周期从而改变阶梯波的周期，改变方波发生电路中的两个稳压管D1和D3的稳压值可以改变输出方波的幅值，从而改变微分电路和积分电路的输入信号的值，在输出电压一定的情况下可以改边输出方波的个数从而影响电路的周期，对于微分电路的中的二极管D6和电容C2改变这两个元件的参数可以影响输出的微分信号的形状从而影响积分值，对于积分电路中的电阻R4，R5和电容C1，改变这些元器件的参数可以影响输出的积分信号的积分值来影响阶梯波的中每个阶梯电压来影响总的阶梯个数来影响整个阶梯波的周期。还可以同调节输出电路的电压值在每个阶梯的阶梯值大小一定时来影响整个阶梯波的周期。比较电路的比较电压可由理论分析得出VP=VoRf6Rf7|Rf8+Rf6+(-1