方波三角波发生电路的设计及仿真

1长春理工大学国家级电工电子实验教学示范中心学生实验报告2015——2016学年第一学期实验课程模拟电子技术实验教程实验地点东1-404学院电子信息工程专业电子信息工程学号140411408姓名徐维键实验项目方波三角波发生电路的设计及仿真2实验时间2015年12月10日实验台号C14预习成绩报告成绩一、实验目的1、学习用集成运算放大器构成的方波和三角波发生电路的设计方法。2、学习方波和三角波发生电路主要性能指标的测试方法。二、实验原理1．方波和三角波发生电路型式的选择由集成运放构成的方波和三角波发生器的电路型式较多，但通常它们均由滞回比较器和积分电路组成。按积分电路的不同，又可分为两种类型：一类是由普通RC积分电路和滞回比较器所组成，另一类由恒流充放电的积分电路和滞回比较器所组成。简单的方波和三角波发生电路如图3-1所示。其特点是线路简单，但性能较差，尤其是三角波的线性度很差，负载能力不强。该电路主要用作方波发生器，当对三角波要求不高时，也可选用这种电路。图3-1简单的方波和三角波发生电路更常用的三角波和方波发生电路是由集成运放组成的积分器与滞回比较器组成，如图3-2所示。由于采用了由集成运放组成的积分器，电容C始终处在恒流充、放电状态，使三角波和方波的性能大为改善，不仅能得到线性度较理想的三角波，而且也便于调节振荡频率和幅度。图3-2方波和三角波发生电路分析图3-2电路可知，方波和三角波的振荡频率相同，其值为：1241RRRCf。方波的输出幅度由稳压管Dz决定，方波经积分器积分后得到三角波，因此三角波输出的幅值（峰值）为：ZomVRRV211。3三、预习内容1、复习教材中有关方波和三角波发生电路的内容；2、按下列要求设计一个用两级集成运放构成的方波和三角波发生电路；（1）振荡频率范围：500Hz～1kHz；（2）方波输出电压幅度：Vom=±6V；（3）三角波峰值调节范围：Vom1=2～4V；（4）集成运放采用μA741。四、实验内容1、仿真分析观察方波输出端和三角波输出端的电压波形；2、．测量方波的幅值Vom、频率fo及频率调节范围。3．测量三角波的幅值Vom及其调节范围。注意观察在调节过程中波形的变化，并分析其原因。4．仿真分析运放组成的滞回比较器的电压传输特性。五、实验步骤电路中元件的选择及参数的确定（1）集成运算放大器的选择由于方波的前后沿时间与滞回比较器的转换速率有关，当方波频率较高（几十千赫以上）或对方波前、后沿要求较高时，应选择高速集成运算放大器来组成滞回比较器。（2）稳压管的选择稳压管的作用是限制和确定方波的幅值，此外方波振幅和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关，为了得到稳定而且对称的方波输出，通常都选用高精度双向稳压二极管，如2DW7。R3是稳压管的限流电阻，其值根据所用稳压管的稳压电流来确定。（3）分压电阻R1和R2阻值的确定R1和R2的作用是提供一个随输出方波电压而变化的基准电压，并由此决定三角波的输出幅度。所以R1和R2的阻值应根据三角波输出幅度的要求来确定。已知VZ=6V，若要求三角波的峰值为Vom1=3V，若取R1=10kΩ，则R2=20kΩ。当要求三角波的幅值可以调节时，R1和R2则可以用电位器来代替。（4）积分元件R和C参数的确定R和C的值应根据方波和三角波发生器的振荡频率fo来确定。当分压电阻R1和R2的阻值确定后，先选择电容C的值，然后确定R的阻值。对于图3.3所示电路，为了减小积分漂移，应尽量将电容C取大些。但是电容量大的电容，漏电也大，因此通常积分电容应不超过lμF。3．方波和三角波发生电路的调试方法方波和三角波发生电路的调试，应使其输出电压幅值和振荡频率均能满足设计要求。为此可用示波器测量方波和三角波的频率和幅值。调整电阻R的阻值，可以改变振荡频率fo；调整电阻R1和R2的阻值，可以改变三角波的输出幅度。参考的输入网单文件如下：AdrvieR412500R14810KR28120KR391100DZ1110DMODDZ2010DMODVCC50DC12VEE60DC-12X102564UA7414X280569UA741C1241U.MODELDMODDIS=2E-14RS=3BV=4.85IBV=1UA.LIBEVAL.LIB*V4401*.DCV4-550.01*.DCV45-50.01.TRAN5US12MS.PROBE.END1、运行.TRAN语句，可获得：图3-3输出方波电压波形图3-4输出三角波电压波形2、运行.DC语句,可获得：（1）运行第1个.DC语句5（2）运行第2个.DC语句图3-5滞回比较器的电压传输特性。六、思考题1、运放采用LM324（高速运放）后会对波形产生什么影响，你能否用仿真波形说明？输出方波电压波形6输出三角波电压波形参考的输入网单文件如下：AdrvieR412500R14810KR28120KR391100DZ1110DMODDZ2010DMODVCC50DC12VEE60DC-12X102564LM324X280569LM324C1241U.MODELDMODDIS=2E-14RS=3BV=4.85IBV=1UA.LIBEVAL.LIB*V4401*.DCV4-550.01*.DCV45-50.01.TRAN5US12MS.PROBE.END因为LM324具有电源电压范围宽的特点，所以T变小了，减小了频率的调节范围。2、R3的作用是什么?增大其值是否可以？R3是稳压管的限流电阻，R3的阻值是由稳压管Dz来确定的，所以可以根据Dz的情况来增大。73、测得的信号频率与理论值进行比较？f的测量值f'=1/T=1kHz，理论值f'=1kHz，f=f'，所以测得的信号频率与理论值相同。4、测出电压比较器的门限值？并与理论计算值比较。测量的电压比较器的门限值为V上=6.0097V，V下=-6.0096V，理论值为V上=6V，V下=-6V。由于仪器存在误差，所以测量值与理论值在误差允许范围内相同。七、总结分析（1）通过该仿真实验的测量分析，了解了集成运放的特性，及积分，微分电路的要求。（2）电路的门限值与温度有关，稳压管的恒流电阻应根据稳压管的稳压电流来确定。