實(shí)驗(yàn)三階梯波發(fā)生器的設(shè)計(jì)與仿真

1、實(shí)驗(yàn)三 階梯波發(fā)生器的設(shè)計(jì)與仿真一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）掌握階梯波發(fā)生器電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2）掌握階梯波發(fā)生器電路的工作原理3）學(xué)習(xí)復(fù)雜的集成運(yùn)算放大電路的設(shè)計(jì)二 實(shí)驗(yàn)要求1） 設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生周期性階梯波的電路，要求階梯波周期在20ms左右，輸出電壓范圍10V，階梯個(gè)數(shù)5個(gè)。(注意：電路中均采用模擬、真實(shí)器件，不可以選用計(jì)數(shù)器、555定時(shí)器、D/A轉(zhuǎn)換器等數(shù)字器件，也不可選用虛擬器件。)2） 對(duì)電路進(jìn)行分段測(cè)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(shí)驗(yàn)步驟1）設(shè)計(jì)方波發(fā)生器，電路如圖1所示，輸出波形如圖2所示。 圖1 圖22）在

2、方波發(fā)生器的輸出端接電阻和電容，組成微分電路如圖3所示，得到尖脈沖的波形圖如圖4所示 圖3 圖43）設(shè)計(jì)限幅電路，將負(fù)半周的尖脈沖濾除掉。利用二極管單向?qū)ㄐ詠?lái)進(jìn)行限幅，電路如圖5所示，輸出地單邊尖脈沖如圖6所示。 圖5 圖64） 設(shè)計(jì)積分累加電路，用集成運(yùn)放組成的積分電路實(shí)現(xiàn)積分累加，在前面電路的基礎(chǔ)上連接積分累加電路，如圖7所示，打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，得到積分累加電路的波形如圖8所示 圖7 圖85） 設(shè)計(jì)周期階梯波，在（4）的基礎(chǔ)上加上電壓比較器和開(kāi)關(guān)控制電路，就組成了完整的階梯波發(fā)生器，如圖9所示，電路的輸出波形如圖10所示 圖9 圖10從圖10可以看出，電壓的周期約為20ms，輸出電壓范圍約1

3、0V，階梯個(gè)數(shù)為5個(gè)，符合設(shè)計(jì)要求。5）確定影響階梯波電壓范圍和周期的元器件因?yàn)檎袷幹芷赥=2R8C2ln(1+2R4/R2),所以理論上說(shuō)，階梯波的周期與R8C2成正比。對(duì)于微分電路，vo=-R7C3(dv/dt),積分電路vo=-1/R5C4vdt,所以理論上階梯波的高度與R7C3成正比，與R5C4成反比。a. 單獨(dú)改變R8的值，原來(lái)R8=71.5k,現(xiàn)使其增加約一倍，R8=143k,輸出波形如圖11所示，周期T40ms。單獨(dú)改變C2的值，使其增加一倍，輸出波形如入12所示，周期T40ms,從中可以看出，階梯波的周期與方波發(fā)生器的R8C2成正比 圖11 圖12b. 單獨(dú)改變R7的值，使其增

4、加一倍，R7=1.64k,輸出波形如圖13所示單獨(dú)改變C3的值，使其增加一倍，C3=0.1uf,輸出波形如圖14所示從圖可知,C3R7的增加對(duì)輸出電壓范圍影響不大，主要影響還是使得階梯波的高度增加 圖13 圖14c. 單獨(dú)改變R5的值，R5=1.2k,輸出波形如圖15所示單獨(dú)改變C4的值，C4=0.2uf,輸出波形如圖16所示從圖可知,C4R5的增加輸出電壓范圍影響不大，主要影響還是使得階梯波的高度的減小 圖15 圖16c. 改變比較器的三個(gè)電阻值，如圖17.18.19分別為改變R3=10k，R12=10k，R13=35k的值后的輸出波形。從輸出波形中可以看到，比較器的三個(gè)電阻R3，R12，R

5、13對(duì)周期和電壓輸出范圍有影響，對(duì)階梯波高度無(wú)影響。 圖17 圖18 圖19四 實(shí)驗(yàn)小結(jié) 為了獲得足夠高的電壓放大倍數(shù)，或者為了獲得滿足要求的輸入輸出電阻，實(shí)際的放大電路通常由多個(gè)基本放大電路級(jí)聯(lián)而成，構(gòu)成多級(jí)放大電路，在組成多級(jí)放大電路時(shí)，通常將三種基本組態(tài)的放大電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐帕薪M合，充分發(fā)揮各自電路的特點(diǎn)，從而獲得多級(jí)放大電路最佳的電路性能。引入負(fù)反饋會(huì)使得電路各參數(shù)受到影響。為了設(shè)計(jì)一個(gè)負(fù)階梯波發(fā)生器，首先考慮產(chǎn)生一個(gè)方波，其次，經(jīng)過(guò)微分電路輸出得到上下都有的尖脈沖，然后經(jīng)過(guò)限幅電路，只留下所需的正脈沖，再經(jīng)過(guò)積分電路，實(shí)現(xiàn)累加而輸出一個(gè)負(fù)階梯。對(duì)應(yīng)一個(gè)尖脈沖就是一個(gè)階梯，在沒(méi)有尖脈沖

6、時(shí)，積分器保持輸出不變，在下一個(gè)尖脈沖到來(lái)時(shí)，積分器在原來(lái)的基礎(chǔ)上積分，因此，積分器就起到了積分和累加的作用。當(dāng)積分器累加的比較器的比較電壓時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，比較器輸出正電壓，時(shí)振蕩控制電路起作用，方波停振。同時(shí)，這個(gè)正電壓使電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，積分電容放電，積分器輸出對(duì)地短路，恢復(fù)到起始狀態(tài)，完成一次階梯波輸出。積分器輸出由負(fù)值到零跳變的過(guò)程，又使比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，比較器輸出變?yōu)樨?fù)值，這樣振蕩控制電路不起作用，方波輸出，同時(shí)使電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，積分器進(jìn)行積分累加，如此循環(huán)往復(fù)，就形成了一系列階梯波。影響階梯波電壓范圍的元器件：R3，R12，R13影響周期的元器件：R8 C2 R4 R2影響階梯波高度的元器件：R7，C3，R5，C4（以上均對(duì)照?qǐng)D9電路）結(jié) 論 這個(gè)實(shí)驗(yàn)是我做的EDA設(shè)計(jì)三個(gè)實(shí)驗(yàn)中最難的一個(gè)，一開(kāi)始看著ppt上“龐大”的參考電路，我有些摸不著頭緒。但當(dāng)我慢慢的看書，一步一步的上手，發(fā)現(xiàn)其實(shí)這個(gè)電路還是很好理解的，把電路拆分了，就是我模電課上學(xué)過(guò)的各種功能電路，把各個(gè)功能配合起來(lái)，就是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。了解清楚了原理，設(shè)計(jì)起電路來(lái)就簡(jiǎn)單多了，后面只用了很少的時(shí)間就把電路完成了。可見(jiàn)，做好實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是把原理弄懂，這樣可以事半功倍。參考文獻(xiàn)1 付文紅、花漢兵 EDA技術(shù)與實(shí)驗(yàn)機(jī)械工業(yè)出版社 2007年2 王建新、姜萍 電子線路實(shí)踐教程科學(xué)技術(shù)出版社 2003年3 鄭步生、吳渭 M