锯齿波信号发生器课程设计报告

锯齿波信号发生器的设计技术指标要求： 频率f=500Hz ，V p-p =10V 。

该课题的内容： （一）原理结构说明一、滞回比较器在单限比较器中，输入电压在阈值电压附近的任何微小变化，R都将引起输出电压的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。

因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。

滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因此也就具有一定抗干扰能力。

从反相输入端输入的滞回比较器电路如图(a)所示，滞回比较器电路中引入了正反馈。

(b)电压传输特性从集成运放输出端的限幅电路可以看出，uo =±U Z 。

集成运放反相输入端电位u N =u I ，同相输入端电位根据“虚短”u N =u P ，求出的u I 就是阈值电压，因此得出U ZU ZR 1+R 2u P = R 1U Z ±U T = ± R 1当u I<-U T，u N<u P，因而uo=+U Z，所以u P=+U T。

u I>+U T，uo=-U Z。

当u I>+U T，u N>u P，因而uo=-U Z，所以u P=-U T。

u I<-U T，uo=+U Z。

可见，uo从+U Z跃变为-U Z和uo从-U Z跃变为+U Z的阈值电压是不同的，电压传输特性如图(b)所示。

在我们所设计的锯齿波发生器中，滞回比较器由运放U1和电阻Rb,R1,R4所组成。

通过由稳压管D1,D2和限流电阻R3构成的输出限幅电路，从而输出方波波形。

其中调节电阻Rb,R1可改变锯齿波的幅值和一定范围的频率。

调节滞回比较器的稳幅输出D1,D2值，可调整方波输出幅值，可改变积分时间，从而在一定范围内改变锯齿波的频率。

二、积分电路如图所示的积分运算电路中，由于集成运放的同相输入端通过R’接地，u N=u P=0，为“虚地”。

电路中电容C的电流等于流过电阻R的电流输出电压与电容上电压的关系为 u o=-u c而电容上电压等于其电流的积分，故在求解t1到t2时间段的积分值时式中为积分起始时刻的输出电压，即积分运算的起始值，积分的终值是t2时刻的输出电压。

当u I为常量时，输出电压当输入为方波时，则输出电压波为三角波。

若改变占空比，即能得到我们所要的锯齿波波形。

在我们所设计的锯齿波中，积分电路由运放U2和电阻R2，电容C1所构成。

调节R2,C1可以改变频率，从而得到我们所要的效果。

三、充放电控制电路充放电控制电路为正反向二极管和电位器的组合，使得充、放电时间不同，即可得到占空比可调的波形发生器。

在我们所设计的锯齿波中，通过调节电位器Rw来调整充放电时间常数，从而实现左锯齿波发生器和右锯齿波发生器。

四、运算放大器和uA741的原理功能以及应用uA741通用高增益运算通用放大器,早些年最常用的运放之一.应用非常广泛, 双列直插8脚或圆筒8脚封装。

工作电压±22V,差分电压±30V,输入电压±18V,允许功耗500mW.其管脚与OP07（超低失调精密运放）完全一样，可以代换的其他运放有uA741,uA709,LM301,LM308, LF356,OP07，op37,max427等， uA74通用放大器,性能不是很好,但满足一般需求。

下面给出这一系列产品的引脚图uA741芯片引脚和工作说明：1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源8空脚<op07,uA741引脚图>内部结构说明：(1)集成电路分为输入级、偏置电路、中间级和输出级。

输入级：提供与输出端成同相关系和反向关系的两个输入端。

往往是一个双端输入的高性能差分放大电路。

偏置电路：提供各级静态工作电流。

中间级：提供较高的电压放大倍数。

多采用共射（共源）放大倍数。

输出级：提供一定的电压和电流放大倍数。

多采用互补输出电路。

(2)内部电阻三极管等器件分布结构。

T8、T9组成的镜像电流源为差动输入级提供偏置电流。

T1和T2、T3、T4管组成共集共基复合差动输入电路。

T5、T6和T7及R1、R2、R3组成具有基极补偿作用的镜像电流源，作为差动输入级的有源负载，可以提高输入级的增益。

T12、R5、T11构成主偏置电路。

T10和T11、R4构成微电流源，通过T8、T9组成的镜像电流源为差动输入级提供偏置电流。

T13集电极有源负载。

T16和T17、R6、R7组成中间电压放大级，T16和T17是复合管，其输入电阻很高，对前级影响小。

T14和T12组成互补对称输出级，T18，T19和R8为其提供静态偏置以克服交越失真。

T15、R9保护T14管在正相电流过大时不致烧坏。

T21、T22、T23、T24管和R10保护T20.，在反相电流过大时不致烧坏。

（二）设计框图（三）电路仿真及问题处理一、仿真设置及波形图整个电路由运放U1和电阻Rb,R1,R4构成正相输入的滞回比较器，稳压管D1,D2和限流电阻R3构成的输出限幅电路，输出信号经充放电控制电路，改变充放电时间常数，调节占空比，后输出占空比不同的方波信号，再经积分电路后形成锯齿波信号。

而锯齿波类似三角波又作为输入信号，为滞回比较器提供输入源。

锯齿波信号发生器电路图完成电路后对电路进行Bias Point Detail（偏置工作点分析）和Transfer Function（瞬态分析设置）设置。

点击Setup Analysis（分析设置）。

在我们所要的参数前面挑勾。

模拟仿真参数设置如下图瞬态分析设置必须输入Print Step（输出时间步长）和Final Time（分析终止时间），后两个可不填。

点击OKTransfer Function（瞬态分析设置）如下图模拟仿真结果：点击显示偏置电压值各节点电压如图点击显示偏置电压值各支路电流如图点击Simulate（开始仿真）按钮，将进行电路的检查，后点击出现MicroSim Probe的页面。

点击Trace→Add，输入我们所要的输出的电压符号。

输出电压V(2)矩形波波形输出电压V(3)矩形波波形输出电压V(4)锯齿波波形V(4)是V(3)经过积分器后输出的波形，即锯齿波是矩形波积分后的结果。

而他们的占空比相同。

输出电压V(4) 与V(3)波形二、输出波形中遇到的问题及误差分析<输出波形V(4) 和V(3)>1.电压值过高，调节电位器Rb。

（要求峰峰值为10V）Rb的set值为0.5时输出的波形Rb的set值为0.6时输出的波形Rb的set值为0.9时输出的波形如图，此时电压已达到我们所要求的值为10V，但频率太低。

2.频率太低，减小电阻R2或电容C1。

（f=1/2ΠRC ）此时R2电阻为20Ω，频率还是过低，当减小为10Ω时，可以得出我们所要求的频率为500Hz 。

（四）数据设置及处理滞回比较器的输出电压U o1=±U z ，它的输入电压是积分电路的输出电压U o ，根据叠加原理，集成运放U 1同相输入端电位令u N =u P1=0则阈值电压(其中R b =25k Ω,set=0.9 ; R 1=8k Ω; R 4=20k Ω)U o R b ’+R 1+ R 4 U p1 = R 4 U o1 R b ’+R 1+ R 4 +R b ’+R 1U z R b ’+R 1+ R 4± R b ’+R 1U o R b ’+R 1+ R 4 =R 4 U z R 4=± R b ’+R 1U z 20 =± H ± 0.5U z (1-0.9)×25+8±U T且 ±U Z=±10V则 ±U T =±0.5⋅10V =±5V所以可得U 0的峰峰值 U p-p =5V+5V =10V积分电路输入电压时滞回比较器的输出电压U o1，而且U o1不是+U z 就是－U z 。

设二极管导通时等效电阻忽略不计，电位器的滑动端移到最上端。

当U o1=+U z 时，D3导通，D4截止，输出电压表达式为此时U o 随时间线性下降。

当U o1=－U z 时，D4导通，D3截止，输出电压表达式为此时 U o 随时间线性上升。

由于R w ＞＞R 2 ,所以U o1和U o 的波形成锯齿形。

根据三角波发生电路振荡周期的计算方法，可得出下降上升时间，分别是(其中 R b ’=47×(1-0.9)Ω=4.7K Ω; R 1=8K Ω; R 4=20K Ω; R 2=10K Ω; R w =70K Ω; C=0.022uF )U z (t 2－t 1) ＋U 0 (t 1)(R 2+R w )CU 0 = 1U z (t 1－t 0) ＋U 0 (t 0)－R 2CU 0 = 1R 2C R 4 T 1 =t 1－t 0≈2 =0.230msR b ’+R 1(R 2+R w )C R 4T 2 =t 2－t 1≈2 =1.788msR b ’+R 1所以振荡周期，频率T＝T1＋T2＝0.230ms＋1.788ms＝2.018 ms≈500Hz （五）元器件列表（六）课程设计体会与收获通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

刚开始拿到题目还不知道怎么下手，把《模拟电子技术》中有关本次设计的内容复习了一遍，去图书馆查阅了相关的资料，和我们组的同学一起讨论分析，仔细研究资料，对整体框架做了一个初步的了解。

做完准备工作后就正式开始设计与绘图。

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，在实际接上电路，会出现实现不了的情况。

在做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强。

在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。

这次设计让我熟练掌握了课本上的一些理论知识，加强了我收集资料和充分利用资料的能力，查到了关于这方面内容的详细资料，通过对资料的理解和分析，弄动其工作原理后，我设计出所须的电路。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

所以课程设计对我们的作用是非常大的。

课程设计是一个学习新知识、巩固加深所学课本理论知识的过程，它培养了我们综合运用知识的能力，独立思考和解决问题的能力。

它不仅加深了我对电子技术课程的理解，还让我感受到了设计电路的乐趣。

在这次设计中，我们反复设计、绘图与修改，就是希望能把这次课程设计做好。

在设计中也遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。

学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益匪浅。

（七）参考文献[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）北京:高等教育出版社,2009[2]从宏寿，李绍铭.电子设计自动化.北京:清华大学出版社,2008[3]王振红，张常年.综合电子设计与实践.北京:清华大学出版社,2008[4]蔡明生，黎福海，许文玉.电子设计.北京:高等教育出版社,2004[5] [美]塞尔吉欧 弗朗哥.电路设计.西安:西安交通大学出版社,2009[6]高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程.北京:电子工业出版社,2007。