方波三角波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)及仿真

1、方波三角波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)及仿真長春理工大學(xué)國家級(jí)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告 2015 2016 學(xué)年 第 一 學(xué)期實(shí)驗(yàn)課程 模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 東1-404 學(xué) 院 電子信息工程 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué) 號(hào) 8 姓 名 徐維鍵 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方波三角波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)及仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)間2015年12月10日實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)C14預(yù)習(xí)成績報(bào)告成績一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、學(xué)習(xí)用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)方法。 2、學(xué)習(xí)方波和三角波發(fā)生電路主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1方波和三角波發(fā)生電路型式的選擇由集成運(yùn)放構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生器的電路型式較多，但通常它們均由滯回比較器和

2、積分電路組成。按積分電路的不同，又可分為兩種類型：一類是由普通RC積分電路和滯回比較器所組成，另一類由恒流充放電的積分電路和滯回比較器所組成。簡單的方波和三角波發(fā)生電路如圖3-1所示。其特點(diǎn)是線路簡單，但性能較差，尤其是三角波的線性度很差，負(fù)載能力不強(qiáng)。該電路主要用作方波發(fā)生器，當(dāng)對(duì)三角波要求不高時(shí)，也可選用這種電路。圖3-1 簡單的方波和三角波發(fā)生電路 更常用的三角波和方波發(fā)生電路是由集成運(yùn)放組成的積分器與滯回比較器組成，如圖3-2所示。由于采用了由集成運(yùn)放組成的積分器，電容C始終處在恒流充、放電狀態(tài)，使三角波和方波的性能大為改善，不僅能得到線性度較理想的三角波，而且也便于調(diào)節(jié)振蕩頻率和幅度

3、。 圖3-2 方波和三角波發(fā)生電路分析圖3-2電路可知，方波和三角波的振蕩頻率相同，其值為：。方波的輸出幅度由穩(wěn)壓管Dz決定，方波經(jīng)積分器積分后得到三角波，因此三角波輸出的幅值（峰值）為：。三、預(yù)習(xí)內(nèi)容1、復(fù)習(xí)教材中有關(guān)方波和三角波發(fā)生電路的內(nèi)容；2、按下列要求設(shè)計(jì)一個(gè)用兩級(jí)集成運(yùn)放構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生電路；（1）振蕩頻率范圍：500Hz1kHz；（2）方波輸出電壓幅度：Vom=±6V；（3）三角波峰值調(diào)節(jié)范圍：Vom1=24V；（4）集成運(yùn)放采用A741。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、仿真分析觀察方波輸出端和三角波輸出端的電壓波形；2、測(cè)量方波的幅值Vom、頻率fo及頻率調(diào)節(jié)范圍。3測(cè)量三角波

4、的幅值Vom及其調(diào)節(jié)范圍。注意觀察在調(diào)節(jié)過程中波形的變化，并分析其原因。4仿真分析運(yùn)放組成的滯回比較器的電壓傳輸特性。五、實(shí)驗(yàn)步驟 電路中元件的選擇及參數(shù)的確定（1）集成運(yùn)算放大器的選擇由于方波的前后沿時(shí)間與滯回比較器的轉(zhuǎn)換速率有關(guān)，當(dāng)方波頻率較高（幾十千赫以上）或?qū)Ψ讲ㄇ?、后沿要求較高時(shí)，應(yīng)選擇高速集成運(yùn)算放大器來組成滯回比較器。（2）穩(wěn)壓管的選擇穩(wěn)壓管的作用是限制和確定方波的幅值，此外方波振幅和寬度的對(duì)稱性也與穩(wěn)壓管的對(duì)稱性有關(guān)，為了得到穩(wěn)定而且對(duì)稱的方波輸出，通常都選用高精度雙向穩(wěn)壓二極管，如2DW7。R3是穩(wěn)壓管的限流電阻，其值根據(jù)所用穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電流來確定。（3）分壓電阻R1和R2阻

5、值的確定R1和R2的作用是提供一個(gè)隨輸出方波電壓而變化的基準(zhǔn)電壓，并由此決定三角波的輸出幅度。所以R1和R2的阻值應(yīng)根據(jù)三角波輸出幅度的要求來確定。已知VZ=6V，若要求三角波的峰值為Vom1=3V，若取 R1=10k，則R2=20k。當(dāng)要求三角波的幅值可以調(diào)節(jié)時(shí)，R1和R2則可以用電位器來代替。（4）積分元件R和C參數(shù)的確定R和C的值應(yīng)根據(jù)方波和三角波發(fā)生器的振蕩頻率fo來確定。當(dāng)分壓電阻R1和R2的阻值確定后，先選擇電容C的值，然后確定R的阻值。對(duì)于圖所示電路，為了減小積分漂移，應(yīng)盡量將電容C取大些。但是電容量大的電容，漏電也大，因此通常積分電容應(yīng)不超過lF。3方波和三角波發(fā)生電路的調(diào)試方

6、法方波和三角波發(fā)生電路的調(diào)試，應(yīng)使其輸出電壓幅值和振蕩頻率均能滿足設(shè)計(jì)要求。為此可用示波器測(cè)量方波和三角波的頻率和幅值。調(diào)整電阻R的阻值，可以改變振蕩頻率fo；調(diào)整電阻R1和R2的阻值，可以改變?nèi)遣ǖ妮敵龇?。參考的輸入網(wǎng)單文件如下：A drvieR412500R1 4 8 10KR2 8 1 20KR3 9 1 100DZ11 10 DMODDZ2 0 10 DMODVCC 5 0 DC 12VEE 6 0 DC -12X1 0 2 5 6 4 UA741X2 8 0 5 6 9 UA741 C1 2 4 1U.MODEL DMOD D IS=2E-14 RS=3 BV= IBV=1UA.

7、LIB *V4 4 0 1*.DC V4 -5 5 *.DC V4 5 -5 .TRAN 5US12MS .PROBE.END1、運(yùn)行.TRAN語句，可獲得： 圖3-3 輸出方波電壓波形 圖3-4 輸出三角波電壓波形2、運(yùn)行.DC 語句, 可獲得：（1）運(yùn)行第1個(gè).DC 語句（2）運(yùn)行第2個(gè).DC 語句 圖3-5 滯回比較器的電壓傳輸特性。六、思考題 1、運(yùn)放采用LM324（高速運(yùn)放）后會(huì)對(duì)波形產(chǎn)生什么影響，你能否用仿真波形說明？ 輸出方波電壓波形 輸出三角波電壓波形參考的輸入網(wǎng)單文件如下：A drvieR412500R1 4 8 10KR2 8 1 20KR3 9 1 100DZ11 10

8、DMODDZ2 0 10 DMODVCC 5 0 DC 12VEE 6 0 DC -12X1 0 2 5 6 4 LM324X2 8 0 5 6 9 LM324 C1 2 4 1U.MODEL DMOD D IS=2E-14 RS=3 BV= IBV=1UA.LIB *V4 4 0 1*.DC V4 -5 5 *.DC V4 5 -5 .TRAN 5US12MS .PROBE.END因?yàn)長M324具有電源電壓范圍寬的特點(diǎn)，所以T變小了，減小了頻率的調(diào)節(jié)范圍。2、R3的作用是什么增大其值是否可以R3是穩(wěn)壓管的限流電阻，R3的阻值是由穩(wěn)壓管Dz來確定的，所以可以根據(jù)Dz的情況來增大。3、測(cè)得的信號(hào)頻率與理論值進(jìn)行比較？f的測(cè)量值f'=1/T=1kHz，理論值f'=1kHz，f=f'，所以測(cè)得的信號(hào)頻率與理論值相同。 4、測(cè)出電壓比較器的門限值？并與理論計(jì)算值比較。 測(cè)量的電壓比較器的門限值為V上=，V下=，理