哈工大 模电自主设计 锯齿波发生器

占空比可调的锯齿波发生电路
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占空比可调的锯齿波发生电路
一．实验目的
1．掌握占空比可调的锯齿波发生电路的工作原理
2．掌握占空比调节的方法
二．总体设计方案
1.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。

(a)电路 (b)电压传输特性
从集成运放输出端的限幅电路可以看出，u0=±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
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R1,R3,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R2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。

2.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u o(t1)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。

本电路设计采用矩形波状变成三角波的方法得到三角波，在其中加一个占空比调节电
路，当积分电路正向积分时间常数远大于反向积分时间常数，或者反向积分时间常数远大于
正向积分常数，那么输出电压上升和下降的斜率相差很多，就可得到锯齿波。

三．实验电路图
1.占空比可调的锯齿波发生电路
u o1
u o 指下半部分电
阻占R2的50%
四．仪器设备名称、型号
双路直流稳压电流源（DF1731SB3AB）
数字万用表（Aglient U1241B）
示波器（Aglient DSO-X2002A）
EEL-69 模拟数字电子技术试验箱及子板
μA741 芯片
五．理论分析或仿真分析结果
在本电路中调节滑动变阻器R2即可。

设R2的上半部分为R2’下半部分为R2”则占空比为R5/（2R1+ R2”）
仿真分析结果：
1.10% 即R2”=1kΩ，占空比为R5/（2R1+ R2”）=66.67%
2.30% 即R2”=3kΩ，占空比为R5/（2R1+ R2”）=40%
3.50% 即 R2”=5kΩ，占空比为R5/（2R1+ R2”）=28.57%
4.70% 即R2”=7kΩ，占空比为R5/（2R1+ R2”）=22.22%
5.90% 即R2”=9kΩ，占空比为R5/（2R1+ R2”）=18.18%
六．详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）
1. 占空比可调的锯齿波发生电路
讲±12V直流稳压电源与实验箱正确连接。

接通电源，用万用表检测电压正确后关闭电源待用。

将子板接入实验箱，按电路图接好实验电路，期中集成运放可采用μA741、LM324或，TL084。

电阻和电容的数值按照电路图中选取。

用万用表的调节滑动变阻器使R2的上半部分分别为1kΩ，3kΩ，5kΩ，7kΩ，9kΩ。

振荡电路的调整：开启±12V直流稳压电源，将示波器调至适当的档位后，同时观察输出端u o1 、u o 两处的波形，观察振荡电路输出端的波形。

，如没有波形或波形不正确，检查电路，排除障碍。

将示波器的两个通道显示的u o1 、u o 波形画在同一坐标系中，利用示波器测量占空比并在波形图上标出。

按照电路参数占空比，并比较分析。

（1）10%R2 测量的占空比为52.8%
（2）30%R2 测量的占空比为46.9%
（3）50%R2 测量的占空比为37.7%
（4）70%R2 测量的占空比为27.4%
（5）90%R2 测量的占空比为18.2%
七．实验结论
从示波器上得到的波形与仿真结果相近。

但得出的占空比与理论计算出的占空比相比较有一定的差距。

随着R2”的数值逐渐减小，相差的就越大，误差就越大。

八．实验中出现的问题及解决对策
开始示波器一通道没有出现波形，且二通道波形不稳定，经检查电路，发现U2没有连接电源，接上±12V的电源后发现波形正确，与仿真结果相近。

九．本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议
通过这次模拟电子设计实验，加强了我的动手、思考和解决问题的能力。

在设计的过程中，总会遇到各种各样的问题，从设计电路到设计电路各个元件的取值，花费了很长时间去解决这些问题。

通过在网上和书上查阅了相关的资料，再做分析研究，初步有了思路。

本次的设计实验不仅巩固加强了课本知识，同时还增强了自己的动手能力。

实验设计是一个学习知识、巩固加深所学课本理论知识的过程，它培养了我的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，是我受益匪浅。

十．参考文献
[1]王淑娟，蔡惟铮，齐明.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2009.
[2]童诗白，华成英.模拟电子基础.高等教育出版社，2010.
[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.
原始数据
一.占空比可调的锯齿波发生电路
仿真电路图：
仿真分析结果：
1.10%R2
实际波形：测量的占空比为52.8%
2.30%R2
实际波形：测量的占空比为46.9%
3.50%R2
实际波形：测量的占空比为37.7%
4.70%R2 测量的占空比为27.4%
实际波形：
5.90%R2
实际波形：测量的占空比为18.2%。