北京工业大学电子实验报告 压控阶梯波发生器(数字类)

北京工业大学

课程设计报告

学院电子信息与控制工程

专业

班级组号

题目1、压控阶梯波发生器

2、基于运放的信号发生器设计姓名

学号

指导老师

成绩

年月日

压控阶梯波发生器（数字类）（一）设计任务

在规定时间内设计并调试一个由电压控制的阶梯波发生器。

（二）设计要求

1、输出阶梯波的频率能被输入直流电压所控制，频率控制范围为600Hz至1000Hz。

2、输出阶梯波的台阶级数为10级，且比例相等。

3、输出阶梯波的电压为1V/级。

4、输入控制电压的范围0.5V至0.6V。

5、电路结构简单，所用元器件尽量少，成本低。

（三）调试要求

利用实验室设备和指定器件进行设计、组装和调试，达到设计要求，写出总结报告。

（四）方案选择

在压频转换部分存在两种方案。

1、Lm358组成压频转换电路；

2、NE555构成压频转换电路。

方案论证

数字电路精确度较高、有较强的稳定性、可靠性和抗干扰能力强，数字系统的特性不易随使用条件变化而变化，尤其使用了大规模的继承芯片，使设备简化，进一步提高了系统的稳定性和可靠性，在计算精度方面，模拟系统是不能和数字系统相比拟的。数字系统有算术运算能力和逻辑运算能力，电路结构简单，便于制造和大规模集成，可进行逻辑推理和逻辑判断；具有高度的规范性，对电路参数要求不严，功能强大。为了得到更精彩的波形采用数模混合方案。

（五）实验元器件和芯片

运算放大器Lm358，TTL电路74LS20、74LS161、74LS175，CMOS缓冲器CD4010，稳压管，二极管1N4148，电位器，电容，电阻。

（六）设计方案

整体设计思路：

仿真电路图：

详细设计：

压频转换部分：

电压变化时，输出频率也相应变化。其输出时矩形波。

上图采用的是电荷平衡式压频转换电路，该部分有积分器和滞回比较器组成。

滞回比较器的阈值电压为：±U T=±R5

R3

·U Z

U1

74LS161N

QA14

QB13

QC12

QD11

RCO15

A

3

B

4

C

5

D

6

ENP

7

ENT

10

~LOAD

9

~CLR

1

CLK

2

U2

74LS175D

1D

4

CLK

9

1Q2

~CLR

1

2D

5

3D

12

4D

13

~1Q3

~2Q6

3Q10

~3Q11

2Q7

4Q15

~4Q14

U3A

74LS20D

5

U5A

LM358D

3

2

4

8

1

3

4

VEE

-15V

VDD

15V

VCC

5V

R8

1kΩ

R9

2kΩ

R10

4kΩ

R11

8kΩR12

2kΩ

Key=A

50%

R13

2kΩ

Key=A

50%

R14

2kΩ

Key=A

50%

R15

2kΩ

Key=A

50%

17

18

19

20

21

22

23

24

VEE

VDD

R16

1kΩ

R17

680Ω

27

R18

2kΩ

26

XSC1

A B

Ext Trig

+

+

_

_+_

29

VCC

GND

25

12

28

在波形图的t2时段，U O1是对U I的线性积分，起始值记作+U T，终值记作

-U T，因而t2应满足-UT=1

R4C •U I+t2•U T，解得t2=2R5R4C

R3

·U Z

|U I|

，当R1>>R2

时，振荡周期T≈t2，故振荡频率受控于输入电压：F=1

t2=R3

2R5R4CU Z

·|U I|。

Lm358芯片信息：

Wide Supply Range:

− Single Supply . . . 3 V to 32 V

(26 V for LM2904)

− or Dual Supplies . . . 1.5 V to 16 V

(13 V for LM2904)

Low Supply-Current Drain, Independent of Supply Voltage . . . 0.7 mA Typ Common-Mode Input Voltage Range Includes Ground, Allowing Direct Sensing Near Ground

Low Input Bias and Offset Parameters:

− Input Offset Voltage . . . 3 mV Typ

A Versions . . . 2 mV Typ

− Input Offset Current . . . 2 nA Typ

− Input Bias Current . . . 20 nA Typ

A Versions . . . 15 nA Typ

Differential Input Voltage Range Equal to Maximum-Rated Supply Voltage . . . 32 V (26 V for LM2904)

Open-Loop Differential Voltage Amplification . . . 100 V/mV Typ

Internal Frequency Compensation

内部结构：