阶梯波信号发生器

1、实验6 阶梯波发生器的设计与实现课题名称：阶梯波发生器的设计与实现摘要：本报告主要由三部分组成。第一部分为分析设计过程，囊括了本实验的设计任务与要求，以及根据实验要求所设计出的总体的实现计划。对各个部分进行了层次分化，重点讨论了各个基础层次（包括窄脉冲发生器、积分器与迟滞电压比较器）的设计原理，详细的叙述了在设计阶段里对各个元件参数的设计思想和设计过程，并包含了在正式实验前对各个部分的Simulate的情况。第二部分为实验记录过程，包括实际搭载的电路板所实现的功能，一些必要的测试数据以及在实验过程中的一些记录与故障问题的分析。最后一部分是对实验的总结。关键字：阶梯波、脉冲发生器、积分器、电压比

2、较器一、 实验目的：1. 通过实验进一步掌握集成运放和电压比较器的应用。2. 进一步提高工程设计和实践动手能力，建立系统概念。二、 实验任务1. 基本要求：1） 利用所给元件设计一个阶梯波发生器，阶数；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） 能否提供其它阶梯波发生器的设计方案？2） 探索其他阶梯波发生器的应用实例。三、 实验原理迟滞比较器阶梯返回控制门积

3、分器阶梯形成控制门窄波发生器输出基本原理图四、实验所用仪器及元器件仪器：1. 函数信号发生器2. 示波器3. 晶体管毫伏表4. 万用表5. 直流稳压电源元器件：集成运算放大器uA741*3电位器（200K*1、22K*1，10K*2）二极管*2电阻（10K*2、50K*1，1000K）电容（0.01uF*2）uA741参数如下：Symbol符号 Parameter 参数最小. 典型. 最大. Unitd  单位 Vio Input Offset Voltage (Rs 10K)  输入失调电压-mV Tamb = +25 -15Tmin Tamb Tmax-6Iio Inp

4、ut Offset Current 输入失调电流nA Tamb = +25 -230Tmin Tamb Tmax -70Iib Input Bias Current 输入偏置电流nA Tamb = +25 -10100Tmin Tamb Tmax-200Avd Large Signal Voltage Gain (Vo=±10V, RL=2K) 大信号电压增益V/mV Tamb = +25 50200-Tmin Tamb Tmax 25- SVR Supply Voltage Rejection Ratio (Rs 10K) 电源电压抑制比dB Tamb = +257790

5、-Tmin Tamb Tmax 77-ICC Supply Current, no load 电源电流（空载）mA Tamb = +25-1.7 2.8Tmin Tamb Tmax -3.3Vicm Input Common Mode Voltage Range 输入共模电压范围V Tamb = +25 ±12-Tmin Tamb Tmax ±12 -CMR Common Mode Rejection Ratio (RS 10K)共模抑制比dB Tamb = +25 7090-Tmin Tamb Tmax  70-IOS Output short Circuit

6、Current输出短路电流10 25 40 mA 五、 设计与制作步骤1、设计电路1）由参考公式可知T为阶梯波脉冲，T为脉冲波周期；T1高电平持续时间；T2为低电平持续时间。根据要求，N=6，就需要，为了计算方便，并且便于检验四个电位器的作用，根据书中所给电位器参数，将电位器调于约50%处，此时取，使出现的波形更接近与要求，接下来就要在实际电路中进行微调输出符合要求的信号。2）、 Multisim绘制原理图并进行仿真实验窄脉冲发生器功能分析：在U4的同相端输入一个正相偏置电压，反相输入端接一个电容并通过R1与输出端相连，具有积分功能，输出为正负交替的方波。调节Rf1，Rp1可以改变正向偏置电压

7、，进而改变方波的占空比与周期。积分器U4产生的方波通过二极管D1，变成了负脉冲，这个脉冲通过R2输入U2的反向输入端，U2对这个脉冲积分，是输出电压上升。迟滞电压比较器比较器的输出，正相输入端输入信号 U1为一个迟滞电压比较器，这里，其中是用来调节的。当正相输入端电压大于反相输入端时，U3输出一个正电压，使二极管D2导通，积分器进入正电压积分，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输出才恢复低电位D2截止，完成一个周期。完整电路图四个电位器的作用分析Rf1和Rp1（保持Rw3和Rp3不变） Rf1Rp1NT实验一40%50%62ms实验二30%50%92ms实验三

8、50%50%52ms实验四40%30%72.5ms有以上测试可知，Rf1、Rp1可以用来调节阶梯数和方波的周期。Rw3和Rp3（保持Rp1和Rf1不变） Rw3Rp3NUopp实验一40%50%68V实验五30%50%66V实验六60%50%直流10V实验七50%30%47V实验八50%70%直流10V有上述测试可见，Rw3，Rp3对峰值有影响。三极管电路电源电路提供稳压电流12V。四、 PROTEL原理图SCH和PCB4）连接并调试电路经过二极管之后的波形，也即U2的输入窄脉冲发生器的实验时的波形图，从图中可以看到负向脉冲部分还是有一定宽度的，这也预示着阶梯波的上升部分会有一定的斜度而不会趋

9、于理想。阶梯波发生器的波形图，从图中可以看到峰峰值已超过了6V，频率达到了549Hz左右，阶数为6阶，基本达到了实验要求。电压比较器的输出，可以看到它的周期和阶梯波的周期是一致的，而且只有一瞬间输出高电平进行积分泻放，其它时间都处于低电平使二极管截至。六 实验总结1）故障及问题分析1. 电路后没有波形反应，估计主要原因有两个方面，一个为元器件可能存在的问题，另一个是可能出现虚接或者短路。2. 电路的波形颤动，不稳定。是由于对示波器的操作不了解造成的，3. 电路波形不符要求，这个在于电位器的问题，进行对电位器的作用测试后，就可以顺利完成实验要求了。2）总结和结论本实验基本上完成了实验要求中所涉及的基本内容，通过实验重点实习了模块化的设计与搭接检测这一过程。对于阶梯波有了一定的了解和认识，除了对产生机理有了