修改電子技術課程設計-鋸齒波信號發(fā)生器報告.doc

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電子測量課程設計 鋸齒波信號發(fā)生器的設計 專業(yè)： 電子信息科學與技術 班級： 2013電信對口 作者： 陳華剛 指導老師： 張東 13電信對口 陳華剛 201308354034 鋸齒波信號發(fā)生器的設計 技術指標要求： 頻率f=500Hz，Vp-p=10V。 一、原理結(jié)構說明 （一）滯回比較器 ＋ － A R1 R2 R3 uoo DZ uIo 在單限比較器中，輸入電壓在閾值電壓附近的任何微小變化，R都將引起輸出電壓的躍變，不管這種微小變化是來源于輸入信號還是外部干擾。因此，雖然單限比較器很靈敏，但是抗干擾能力差。滯回比較器具有滯回特性，即具有慣性，因此也就具有一定抗干擾能力。從反相輸入端輸入的滯回比較器電路如圖(a)所示，滯回比較器電路中引入了正反饋。 uoo UZ UZ -UT +UT UZ (a)電路 (b)電壓傳輸特性 UZ R1+R2 uP = R1 從集成運放輸出端的限幅電路可以看出，uo=UZ。集成運放反相輸入端電位uN=uI，同相輸入端電位 UZ R1+R2 UT = R1 根據(jù)“虛短”uN=uP，求出的uI就是閾值電壓，因此得出 當uI<-UT，uN+UT，uo=-UZ。 當uI>+UT，uN>uP，因而uo=-UZ，所以uP=-UT。uI<-UT，uo=+UZ。 可見，uo從+UZ躍變?yōu)?UZ和uo從-UZ躍變?yōu)?UZ的閾值電壓是不同的，電壓傳輸特性如圖(b)所示。 在我們所設計的鋸齒波發(fā)生器中，滯回比較器由運放U1和電阻Rb,R1,R4所組成。 通過由穩(wěn)壓管D1,D2和限流電阻R3構成的輸出限幅電路，從而輸出方波波形。 其中調(diào)節(jié)電阻Rb,R1可改變鋸齒波的幅值和一定范圍的頻率。調(diào)節(jié)滯回比較器的穩(wěn)幅輸出D1,D2值，可調(diào)整方波輸出幅值，可改變積分時間，從而在一定范圍內(nèi)改變鋸齒波的頻率。 （二）積分電路 如圖所示的積分運算電路中，由于集成運放的同相輸入端通過R’接地，uN=uP=0，為“虛地”。 電路中電容C的電流等于流過電阻R的電流 輸出電壓與電容上電壓的關系為 uo=-uc 而電容上電壓等于其電流的積分，故 在求解t1到t2時間段的積分值時 式中 為積分起始時刻的輸出電壓，即積分運算的起始值，積分的終值是t2時刻的輸出電壓。 當uI為常量時，輸出電壓 當輸入為方波時，則輸出電壓波為三角波。若改變占空比，即能得到我們所要的鋸齒波波形。 在我們所設計的鋸齒波中，積分電路由運放U2和電阻R2，電容C1所構成。調(diào)節(jié)R2,C1可以改變頻率，從而得到我們所要的效果。 （ 三）充放電控制電路 充放電控制電路為正反向二極管和電位器的組合，使得充、放電時間不同，即可得到占空比可調(diào)的波形發(fā)生器。 在我們所設計的鋸齒波中，通過調(diào)節(jié)電位器Rw來調(diào)整充放電時間常數(shù)，從而實現(xiàn)左鋸齒波發(fā)生器和右鋸齒波發(fā)生器。 滯回比較器 鋸齒波 方波 充放電控制電路 積分電路 二、設計框圖 三、電路仿真及問題處理 （一）仿真設置 整個電路由運放U1和電阻Rb,R1,R4構成正相輸入的滯回比較器，穩(wěn)壓管D1,D2和限流電阻R3構成的輸出限幅電路，輸出信號經(jīng)充放電控制電路，改變充放電時間常數(shù)，調(diào)節(jié)占空比，后輸出占空比不同的方波信號，再經(jīng)積分電路后形成鋸齒波信號。而鋸齒波類似三角波又作為輸入信號，為滯回比較器提供輸入源。 鋸齒波信號發(fā)生器電路圖 輸出電壓V(2)矩形波波形 輸出電壓V(3)矩形波波形 輸出電壓V(4)鋸齒波波形 V(4)是 V(3)經(jīng)過積分器后輸出的波形，即鋸齒波是矩形波積分后的結(jié)果。而他們的占空比相同。 輸出電壓V(4) 與V(3)波形 （二）輸出波形中遇到的問題及誤差分析 <輸出波形V(4) 和V(3)> 1.電壓值過高，調(diào)節(jié)電位器Rb。（要求峰峰值為10V） Rb的set值為0.5時輸出的波形 Rb的set值為0.6時輸出的波形 Rb的set值為0.9時輸出的波形 如圖，此時電壓已達到我們所要求的值為10V，但頻率太低。 2.頻率太低，減小電阻R2或電容C1。（f=1/2ΠRC） 此時R2電阻為20Ω，頻率還是過低，當減小為10Ω時，可以得出我們所要求的頻率為500Hz。 四、數(shù)據(jù)設置及處理 滯回比較器的輸出電壓Uo1=Uz，它的輸入電壓是積分電路的輸出電壓Uo，根據(jù)疊加原理，集成運放U1同相輸入端電位 Uo Rb’+R1+ R4 Up1 = R4 Uo1 Rb’+R1+ R4 + Rb’+R1 Uz Rb’+R1+ R4 Rb’+R1 Uo Rb’+R1+ R4 = R4 令uN=uP1=0則閾值電壓 (其中Rb=25kΩ,set=0.9 ; R1=8kΩ; R4=20kΩ) Rb’+R1 Uz R4 = (1-0.9)25+8 Uz 20 = ≈ 0.5Uz UT 且 UZ =10V 則 UT =0.510V=5V 所以可得U0的峰峰值 Up-p =5V+5V=10V 積分電路輸入電壓時滯回比較器的輸出電壓Uo1，而且Uo1不是+Uz就是－Uz。 設二極管導通時等效電阻忽略不計，電位器的滑動端移到最上端。 當Uo1=+Uz時，D3導通，D4截止，輸出電壓表達式為 Uz (t1－t0) ＋U0 (t0) －R2C U0 = 1 此時Uo隨時間線性下降。 當Uo1=－Uz時，D4導通，D3截止，輸出電壓表達式為 Uz (t2－t1) ＋U0 (t1) (R2+Rw)C U0 = 1 此時 Uo隨時間線性上升。 由于Rw＞＞R2 ,所以Uo1和Uo的波形成鋸齒形。 根據(jù)三角波發(fā)生電路振蕩周期的計算方法，可得出下降上升時間，分別是 (其中 Rb’=47(1-0.9)Ω=4.7KΩ; R1=8KΩ; R4=20KΩ; R2=10KΩ; Rw=70KΩ; C=0.022uF ) R2C R4 T1 =t1－t0≈2 =0.230ms Rb’+R1 (R2+Rw)C R4 T2 =t2－t1≈2 =1.788ms Rb’+R1 所以振蕩周期，頻率 T＝ T1＋T2＝0.230ms＋1.788ms＝2.018 ms≈500Hz 五、參考文獻 [1]蔡明生，黎福海，許文玉.電子設計.北京:高等教育出版社,2004 [2] [美]塞爾吉歐弗朗哥.電路設計.西安:西安交通大學出版社,2009 [3]童詩白，華成英.模擬電子技術基礎（第四版）北京:高等教育出版社,2009 [4]從宏壽，李紹銘.電子設計自動化.北京:清華大學出版社,2008 [5]王振紅，張常年.綜合電子設計與實踐.北京:清華大學出版社,2008