测控电路课程设计报告

设计报告

设计名称：测控电路课程设计

学生姓名：王振阳学号：1101170136 同组人员：李钊、贾玉林、梁强

实验地点：机械楼421

时间：2012年12月31日～2013年01月05日

提交报告日期：2013年01月07日

成绩与评语：

指导教师：周严

南京理工大学机械工程学院

选题一信号发生电路的设计

1. 设计及实验任务

1）确定图1.1中的元件参数，搭建实验电路，调试实验电路，验证上述理论分析的结论。技术要求如下：

图1.1 方波和三角波发生器电路

①幅度要求：方波±5V，三角波±2.5V。

②频率调节范围：100Hz～10kHz。

2）对举例中的电路加以改进，使输出三角波能够沿纵坐标平移，但波形形状不变，要求移动范围为±5V。设计电路原理图，搭建并调试电路验证设计。

3）对举例中的电路加以改进，使输出三角波变为锯齿波。设计电路原理图，搭建并调试电路验证设计。技术要求如下：

①幅度要求：方波±5V，锯齿波波±2.5V。

②频率调节范围：100Hz～10kHz。

4）对举例中的电路加以改进，使输出的方波变为占空比可以调节的方波，但周期不变，要求占空比调节范围1%～100%。设计电路原理图，搭建并调试电路验证设计。

2. 设计及实验调试说明

1）任务一设计及实验调试说明

（1）电路参数的设计

电路由电压比较器和积分器构成，A1 和R1、R2 组成同相输入迟滞比较器，A2、R5 和C 构成积分器。在通电瞬间，比较器的输出电平V o1 是随机的，设刚通电时V o1=+V z，积分器输出负向斜变，当A1 的同相输入端V1+从正过零时有V+=R2/(R1+R2)*Vo+R1/(R1+R2)*V o1，V o=R1/R2*V z,比较器输出翻转为-V z，之后积分器输出正向斜变，当A1 的同相输入端V1+从负过零时有V o=R1/R2*V z,比较器输出又翻转为+V z，之后积分器输出负向斜变，当A1 的同相输入端V1+从正过零时，比较器输出再次翻转为-V z，积分器输出再次正向斜变，如此周而复始，V o 输出三角波，V o1

所选参数：R1=R3=R4= R6=5K,R2=10K,C=0.1uF，稳压管Vdz=5V，R5为电位器（最大100K），直流供电电压10V，运放A1、A2型号：LM356

（2）实验调试步骤，记录调试的波形、数据等中间及最终结果

1.按设计的电路和选择的参数搭好电路

2.示波器一端接V o1一端接V o，接通直流稳压电源后输出波形如图所示。

3.改变R5阻值，可见波形频率发生变化，变化范围满足100Hz至10kHz

（3）结果分析

理论分析：V o1输出即稳压管电压，理想应该为±5V的方波，其占空比应为1/2；V o输出三角波，其幅度满足V o=R1/R2*V o1，即±2.5V，其周期T=4*R1*R5*C/R2=2*R5*C，随R5变化而变化，要求频率范围100Hz～10kHz，所选电容C=0.1uF，则R5应在500Ω～50kΩ，所选电位器R5满足条件。

1.输出波形形状正确无失真，占空比也为1/2，改变R5阻值，波形频率发生变化，变化范围满足100Hz至10kHz。

2.三角波幅度达到要求，但是方波幅度没有达到±5V，理论上方波幅度与电阻无关，与稳压管有关，更换电阻后幅度无变化，用万用表分别测量两个稳压管上的电压，结果一个+2点多伏，一个-2点多，可见是稳压管没有达到要求，更换稳压管后还是无变化。

3.方波幅度与三角波幅度之比比2略小，理论分析其比值等于R2/R1，所以可能是电阻实际值有一定误差

2）任务二设计及实验调试说明

（1）电路设计及原理说明

根据设计要求，三角波能沿纵坐标平移，即基准电压发生变化，所以原电路第一级的比较器的基准电压需要可变，改

变后的电路图如图所示，其中R4=16K，R7为最大值20K的电位器，则基准电压V-=[R7/(R4+R7)]Vcc

（2）实验调试步骤，记录调试的波形、数据等中间及最终结果

按设计的电路图和元件参数改动电路调节电位器R7，发现输出没有上下平移，但是方波占空比和频率却发生改变

（3）结果分析

理论分析：V+=R2/(R1+R2)V o+R1/(R1+R2)V o1=2/3V o+1/3V o1，V-=R7/(R4+R7)Vcc，令V+=V-得V o=3/2（V-—1/3V o1），当V o1在±5V间变化时，输出V o相应上移或下移（斜向上/下移动），调节V-应该不改变频率和幅度；根据选择的参数Vcc=10V，当V-=5V时输出已没有翻转，输出为直线；

实际操作后却没有能实现上下平移，方波占空比和频率却发生改变，与理论分析相差很大，改变R4、R7后没有改善；检查电路无误，重新连接后输出占空比正常，改变电位器（调大），一开始无任何变化，当调得很大时波形有很小的位移（斜向上），但随即变直线，可见应该是电位器R7和电阻R4的参数问题，而且这种接法所得的V-值不能线性变化（V-=R7/(R4+R7)Vcc），不利于实验观察，可以考虑将R4也换成电位器。

3）任务三设计及实验调试说明

（1）电路设计及原理说明

锯齿波的定义是上升与下降的斜率的绝对值不等，而A2的三角波输出V o的上升与下降曲线斜率和电容反馈支路上的阻抗有关：V o1为高电平，则V o为下降曲线，其斜率k1=-V o1/（R5*C）；V o1为低电平，则V o为上升曲线，其斜率k1=V o1/（R5*C），可见只要用二极管将上升下降区间分开，对应不同的R5即可。电路原理图如图，不改变上升时的斜率，改变下降时的斜率，电位器R5不变，R9为可调电位器。相应的周期T=t1+t2=2*R1*C/R2*(R9+2*R5)，由于R9和R5都是变位器，所以理论上可以在频率100Hz～10kHz间任意调节。

（2）实验调试步骤，记录调试的波形、数据等中间及最终结果

按原理图改动电路，输出波形如图所示，调节R9，则输出锯齿波，且变化明显