階梯波發(fā)生電路的設計

1、實驗三 階梯波發(fā)生電路的設計一、實驗目的1、掌握階梯波發(fā)生器電路的結(jié)構(gòu)特點。2、掌握階梯波發(fā)生器電路的工作原理。3、學習復雜的集成運算放大器電路的設計。二、實驗要求1、設計一個能產(chǎn)生周期性階梯波的電路，要求階梯波周期在18ms左右，輸出電壓范圍10V，階梯個數(shù)5個。(注意：電路中均采用模擬、真實器件，不可以選用計數(shù)器、555定時器、D/A轉(zhuǎn)換器等數(shù)字器件，也不可選用虛擬器件。)2、 對電路進行分段測試和調(diào)節(jié)，直至輸出合適的階梯波。3、改變電路元器件參數(shù)，觀察輸出波形的變化，確定影響階梯波電壓范圍和周期的元器件。三、實驗原理1、階梯波發(fā)生器原理要設計階梯波發(fā)生電路，首先要設計好方波發(fā)生電路，然后

2、通過微分電路，這是會得到上下均有尖脈沖的波形。這是要只取上面的尖脈沖，就需通過限幅電路濾除下半部分的波形。當這些脈沖經(jīng)過積分累加電路時，一個尖脈沖累加為一個固定的值，下一個脈沖到來時又會增加同樣的一個值，于是輸出形成了階梯波形。當累加結(jié)果沒有超過比較器的閾值時，會一直累加下去。而達到門限后，比較器輸出電壓翻轉(zhuǎn)，輸出正電壓使振蕩控制電路工作，使方波停振，同時積分電容對地短路放電，電容器恢復起始狀態(tài)累加結(jié)束。而在電容放電之后，積分器輸出由負值向零跳變，使比較器又一次翻轉(zhuǎn)，振蕩電路不能工作，比較器輸出變?yōu)樨撝担麄€電路又會正常產(chǎn)生階梯波，如此周而復始，形成周期。 階梯波發(fā)生原理框圖2、實驗原理圖 階

3、梯波原理圖四、實驗過程1、電路設計（1）方波發(fā)生電路設計設計電路如圖3.03所示，從圖3.04所示的示波器中可讀出方波的周期為3.774ms。方波發(fā)生電路方波波形（2）微分電路設計在上圖所示的方波發(fā)生電路的輸出端接電阻R3和電容C2即可組成下圖所示的微分電路，示波器所得的輸出波形見下下圖的尖脈沖波形。方波發(fā)生電路+微分電路 方波微分后波形（3）限幅電路設計限幅電路的作用是將負半周期的尖脈沖濾除掉?？衫枚O管的單向?qū)щ娦詠磉M行限幅，電路如圖所示。示波器顯示的單邊尖脈沖如圖所示。方波發(fā)生電路+微分電路+限幅電路 單側(cè)脈沖波形（4）積分累加電路設計用集成運放組成的積分電路實現(xiàn)積分累加，在上圖所示電

4、路的基礎上連接積分累加電路如下圖所示，打開仿真開關，可以得到積分累加的輸出波形如下下圖所示。 方波發(fā)生電路+微分電路+限幅電路+積分累加電路階梯波形（5）周期階梯波電路設計在上圖的基礎上家上電壓比較器和開關控制器以及快速放電電路，就組成了完整的階梯波發(fā)生電路，如第二幅圖所示，輸出波形如下圖。從中可以讀周期性階梯的周期為18.00ms左右，電壓變化范圍為10V，階梯個數(shù)為5個。階梯波波形2、改變元件參數(shù)確定其作用（1）只影響周期的量首先當成倍改變Rf或C1的值時，周期T的值也成相同的倍數(shù)改變。若改變R2或R1的值，周期T也會改變，但均不是線性關系。實際上，振蕩周期。下面保持其他部分不變，令Rf=

5、150，即擴大兩倍時，波形如下圖所示，周期T=7.440ms，約莫擴大兩倍，而電壓變化范圍和階梯高度不變化。保持其余不變，令R2=20，即擴大兩倍，則周期T=6.160ms，波形如圖所示，并非一般線性關系，電壓變化范圍和階梯高度也保持不變。Rf=150，其余不變 R2=20，其余不變（2）只影響階梯高度的量1>微分電路對波形高度影響同樣C2的值也會影響階梯高度，具體關系見下表。由表可知，當其余值保持不變，僅改變C2的值，則階梯高度與之成正比。C2/103051100階梯高度/V704.721 2.1443.6497.138改變C2，其余值不變R3的值對階梯高度也有影響，見下表?？梢钥闯?，

6、階梯高度與R3并沒有明顯的正比關系，與理論上不符。R3/1234.025.110階梯高度/V436.939808.9031.09 81.3391.5442.143 改變R3的值，其余不變2>積分電路對波形高度影響改變C3的值會改變階梯的高度，具體關系見下表3.01 (電容換成虛擬元件進行測試)。由表可知，當其余值保持不變，僅改變C3的值，則階梯的高度與之成反比。C3/1030100200階梯高度/V7.262.420725.234363.427 階梯個數(shù)約24.514.528改變C3， 其余不變改變R6的值也會改變階梯的高度，理論上，根據(jù)積分電路的原理，改變電路中的可以改變階梯波的每個階

7、梯的高度。與階梯波的每個階梯的高度成反比。但實驗測得的具體關系如下表(電阻換成虛擬元件進行測試)。R6/1210階梯高度/V5.3874.6092.138階梯個數(shù)2.535改變R6， 其余不變總結(jié)可見，影響階梯高度的主要是R3、C2、R6和C3。根據(jù)微分器積分器原理，理論上，階梯高度與成正比關系。實際上，根據(jù)實驗所測，對于電容關系正確，但對于電阻關系并不能準確刻畫。其實這樣的正比關系是忽略了中間的單向限幅電路的影響，對于本實驗的階梯波電路影響輸出波形的主要是電容元件。（3）同時影響周期和幅度的量改變R8的值，階梯波電壓范圍和周期都會改變，而階梯高度基本不變。若增大R8的值，則階梯波電壓范圍和周

8、期均變小。R8= 20，其余不變改變R10的值，階梯高度基本不變，但階梯波電壓變化范圍變化，周期也會變化，增大R10時，階梯波電壓變化范圍變大，周期變大。R10=20，其余不變改變R7時，電壓范圍和周期也會變化，階梯高度不變。減小R9時，電壓范圍和周期均變小。這里不再圖示。注：當減小R8或增加R10到一定值時，后來會成一條直線。而增加R7到某一值時，也不會正常顯示階梯波。（4）同時改變周期和高度的量改變R4的值，波形也會發(fā)生變化。當增大R4時，階梯高度變小，周期變大，但電壓變化范圍基本不變。當R3=10，即擴大5倍時，波形如下圖所示。R3=10，其余不變在一定范圍內(nèi)（當接近15V時沒有影響，運放飽和有關）改變D1和D2的擊穿電壓時，電壓范圍即幅度基本不變，而周期和階梯高度會隨之變化，對應關系見表3.03。周期大致與穩(wěn)壓值成反比，而階梯高度與之大致成正比。穩(wěn)壓值VF/V3.64.71012周期/ms21.417.810.29.4階梯高度1.661V2.1414.451V5.25V穩(wěn)壓值改變 ，其余不變五、實驗感想階梯波電路設計中關于毛刺的處理，一般是如何消去，我引入了一個電容來延時使毛刺變成有效電平，但同時又產(chǎn)生了電路有-10V到0V的瞬變的延時充電的副作用，所以又在原電路的基礎上加入一個放電回路選擇控制開關，以彌補抵消延時副作用，從