阶梯波发生器实验报告

实验题目：阶梯波发生器的设计与实现制作人：许江华
班级：09211107
学号：09210190
班内序号：09
一、实验目的
（1）通过实验进一步掌握集成运放哥电压比较器的应用
（2）进一步提高工程设计和实践动手能力，建立系统概念一、实验原理图
二、实验内容
1、利用所给器件设计一个阶梯波发生器，
f>=500Hz,Uopp>=3V,阶梯数N=6；
2、设计该电路的电源电路（不要求搭建），用Protel软件绘
制完整的电路原理图（SCH）即印刷电路板图（PCB）。

三、实验所用仪器
1.函数信号发生器
2.示波器
3.晶体管毫伏表
4.万用表
5.直流稳压电源
四、实验可选器件
LM741，电位器，二极管，电阻，电容等
五、实验过程
（一）方波发生器
1）方波发生器电路图
各个器件的作用：
Rf1的作用为：调节阶梯波的阶梯数
Rp1的作用：调节方波的周期，相当于调节阶梯波的
周期
（二）积分电路
积分电路原理图：
（三）迟滞电压比较器
迟滞电压比较器的原理图：
R1的作用：调节比较电压的大小，起到了调幅的作用
（四）阶梯形成控制门
阶梯形成控制门的原理图：
（五）阶梯返回控制门
六．电路原理图分析
阶梯波发生器电路图：
实验原理分析：
该电路的组成之前已经介绍过。

现在分析实验原理：由于方波发生器的同向输入端接的是一个正参考电压，，输出所以是负脉冲。

在负脉冲持续时间内，二极管D2导通，积分器U3对负脉冲积分，其输出电压上升。

负脉冲消失之后，D1截止，积分器输入，输出电位保持不变，则形成一个台阶，积分器U3的输出的阶梯波就是迟滞比较器U1的输入，则改制每增加一个台阶，U1的输入电压增加一个值。

在台阶级数较少的时候，U1的同向输入端的电位比反相输入端的参考电压低，使U1输出低电平，二极管D2截止。

随着台阶级数的增加，当U1的同向输入端电压高于参考电压，U1的输出跳变成高电压，D2导通，积分器进入正电压积分，使U3输出电位下降明知道U3输出电压降至迟滞电压比较器的下门限电压时，U1输出才又恢复地电位D2截止，完成一个周期。

参数计算公式：
T=(N+1)T’;
T1’=R1C1ln[1+2Rp1Um/Rf1(Um-Ur1)];
T2’=R1C1ln[1+2Rp1Um/Rf1(Um+Ur1)];
T’=R1C1ln[1+4Rp1(Rp1+Rf1)Um^2/Rf1^2(Um-Ur1^2)];
其中：T为阶梯波周期，T’为方波周期，N为阶梯数；T1‘高电平持续时间，T2’为低电平持续时间。

从公式中可以看出：阶梯波的时间和方波周期成正比，改变方波的周期就是相当于成比例的该变阶梯波的周期。

在方波周期不变的情况
下，改变T1’和T2’的周期就可以改变N。

而T1’和Rf1 成正比，T2’和Rp1以及Rf1 成比例但主要靠调节Rp1 来实现改变N。

记录测试数据：
方波发生器的2号管电压：8.2V；
积分器二号管的电压：成周期性的变化，且幅值为8.9V
迟滞电压比较器的二号管电压：8.8V。

七：实验成果：
其中阶梯波的周期为：500Hz；
周期波的幅值为3.5V。

八：实验总结以及注意事项
实验总结：
通过此次实验，让我了解到了阶梯波发生电路的设计方
法，也让我了解到产生阶梯波不是只有数电器件可以实
现，模拟电子器件同样可以实现，最重要的是让我知道了
阶梯波电路的实现原理，先是方波发生器，之后，通过微
分电路，限幅电路，最后，积分累加及比较器电路便可产
生阶梯波。

通过该实验不仅提高了自己对于复杂实验的动
手实验能力，也是增加了我对于实验的兴趣，相形这对于
今后的相关知识的学习有很好多的促进作用。

注意事项：对于正负极以及地线的选择一定要小心，很容易错误。

接-15V的时候要把15V接地另一头接相当于-15V的那条线。

还有就是做实验时一定要仔细对照书吧电路图连接好之后一定要反复检查，必要的话让同学一起看看，否则就会造成器件的损坏。

如果遇到电路连接好了但是没有波形的出现，则需要用万用表测量相关器件的阻值或者电压，防止有器件出项短路以及断路的情况，这样输出波形就可以很容易出现了。

附1：PCB原理图：
三维效果图：
附2.
实验所用元器件及测试仪表清单。