修改电子技术课程设计-锯齿波信号发生器报告

1电子测量课程设计锯齿波信号发生器的设计专业：电子信息科学与技术班级：2013电信对口作者：陈华刚指导老师：张东13电信对口陈华刚2013083540342锯齿波信号发生器的设计技术指标要求：频率f=500Hz，Vp-p=10V。一、原理结构说明（一）滞回比较器在单限比较器中，输入电压在阈值电压附近的任何微小变化，R都将引起输出电压的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因此也就具有一定抗干扰能力。从反相输入端输入的滞回比较器电路如图(a)所示，滞回比较器电路中引入了正反馈。(a)电路(b)电压传输特性从集成运放输出端的限幅电路可以看出，uo=±UZ。集成运放反相输入端电位uN=uI，同相输入端电位根据“虚短”uN=uP，求出的uI就是阈值电压，因此得出UZUZ-UT+UT±UZUZR1+R2uPR1uoo＋－ARRRuooDZuIoUZR1+R2±UTR13当uI-UT，uNuP，因而uo=+UZ，所以uP=+UT。uI+UT，uo=-UZ。当uI+UT，uNuP，因而uo=-UZ，所以uP=-UT。uI-UT，uo=+UZ。可见，uo从+UZ跃变为-UZ和uo从-UZ跃变为+UZ的阈值电压是不同的，电压传输特性如图(b)所示。在我们所设计的锯齿波发生器中，滞回比较器由运放U1和电阻Rb,R1,R4所组成。通过由稳压管D1,D2和限流电阻R3构成的输出限幅电路，从而输出方波波形。其中调节电阻Rb,R1可改变锯齿波的幅值和一定范围的频率。调节滞回比较器的稳幅输出D1,D2值，可调整方波输出幅值，可改变积分时间，从而在一定范围内改变锯齿波的频率。（二）积分电路如图所示的积分运算电路中，由于集成运放的同相输入端通过R’接地，uN=uP=0，为“虚地”。电路中电容C的电流等于流过电阻R的电流输出电压与电容上电压的关系为uo=-uc而电容上电压等于其电流的积分，故在求解t1到t2时间段的积分值时4式中为积分起始时刻的输出电压，即积分运算的起始值，积分的终值是t2时刻的输出电压。当uI为常量时，输出电压当输入为方波时，则输出电压波为三角波。若改变占空比，即能得到我们所要的锯齿波波形。在我们所设计的锯齿波中，积分电路由运放U2和电阻R2，电容C1所构成。调节R2,C1可以改变频率，从而得到我们所要的效果。（三）充放电控制电路充放电控制电路为正反向二极管和电位器的组合，使得充、放电时间不同，即可得到占空比可调的波形发生器。在我们所设计的锯齿波中，通过调节电位器Rw来调整充放电时间常数，从而实现左锯齿波发生器和右锯齿波发生器。二、设计框图滞回比较器锯齿波方波充放电控制电路积分电路5三、电路仿真及问题处理（一）仿真设置整个电路由运放U1和电阻Rb,R1,R4构成正相输入的滞回比较器，稳压管D1,D2和限流电阻R3构成的输出限幅电路，输出信号经充放电控制电路，改变充放电时间常数，调节占空比，后输出占空比不同的方波信号，再经积分电路后形成锯齿波信号。而锯齿波类似三角波又作为输入信号，为滞回比较器提供输入源。锯齿波信号发生器电路图输出电压V(2)矩形波波形6输出电压V(3)矩形波波形输出电压V(4)锯齿波波形7V(4)是V(3)经过积分器后输出的波形，即锯齿波是矩形波积分后的结果。而他们的占空比相同。输出电压V(4)与V(3)波形（二）输出波形中遇到的问题及误差分析输出波形V(4)和V(3)81.电压值过高，调节电位器Rb。（要求峰峰值为10V）Rb的set值为0.5时输出的波形Rb的set值为0.6时输出的波形Rb的set值为0.9时输出的波形9如图，此时电压已达到我们所要求的值为10V，但频率太低。2.频率太低，减小电阻R2或电容C1。（f=1/2ΠRC）此时R2电阻为20Ω，频率还是过低，当减小为10Ω时，可以得出我们所要求的频率为500Hz。四、数据设置及处理10滞回比较器的输出电压Uo1=±Uz，它的输入电压是积分电路的输出电压Uo，根据叠加原理，集成运放U1同相输入端电位令uN=uP1=0则阈值电压(其中Rb=25kΩ,set=0.9;R1=8kΩ;R4=20kΩ)且±UZV则±UTVV所以可得U0的峰峰值Up-pV+V10V积分电路输入电压时滞回比较器的输出电压Uo1，而且Uo1不是+Uz就是－Uz。设二极管导通时等效电阻忽略不计，电位器的滑动端移到最上端。当Uo1=+Uz时，D3导通，D4截止，输出电压表达式为此时Uo随时间线性下降。当Uo1=－Uz时，D4导通，D3截止，输出电压表达式为UoRb’+R1+R4Up1R4Uo1Rb’+R1+R4Rb’+R1UzRb’+R1+R4Rb’+R1UoRb’+R1+R4R4UzR4Rb’+R1Uz20Uz(1-0.9)×25+8±UTUz(t2－t1)＋U0(t1)(R2+Rw)CU01Uz(t1－t0)＋U0(t0)－R2CU0111此时Uo随时间线性上升。由于Rw＞＞R2,所以Uo1和Uo的波形成锯齿形。根据三角波发生电路振荡周期的计算方法，可得出下降上升时间，分别是(其中Rb’=47×(1-0.9)Ω=4.7KΩ;R1=8KΩ;R4=20KΩ;R2=10KΩ;Rw=70KΩ;C=0.022uF)所以振荡周期，频率T＝T1＋T2＝0.230ms＋1.788ms＝2.018ms≈500Hz五、参考文献[1]蔡明生，黎福海，许文玉.电子设计.北京:高等教育出版社,2004[2][美]塞尔吉欧弗朗哥.电路设计.西安:西安交通大学出版社,2009[3]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）北京:高等教育出版社,2009[4]从宏寿，李绍铭.电子设计自动化.北京:清华大学出版社,2008[5]王振红，张常年.综合电子设计与实践.北京:清华大学出版社,2008R2CR4T1t1－t0≈20.230msRb’+R1(R2+Rw)CR4T2t2－t1≈21.788msRb’+R1