阶梯波发生器设计

阶梯波发生器设计

1.实验目的

综合运用模拟电子电路的知识，采用集成运算放大器等电子器件设计一个阶梯波发生器。2.总体设计方案或技术路线

阶梯波可以分成两种类型，一种是没有上升沿（或者下降沿）的，而另一种则是有的。对于这两种不同的波形，要采用不同的方法得到。

有倾斜上升沿的阶梯波可以看成是由方波积分得到的，其中，需要仅对方波的正向电压或者是负向电压积分，因而需要在两个电路中间加一个二极管。

没有明显上升沿的阶梯波，不能简单地用方波积分，因而，需要对原电路进行改进。具体做法是在方波发生器后加一个微分电路，但因为方波跃变时，微分为无穷大，因而需要再加一个限幅电路。

对于积分后的阶梯波形，由于其始终处于上升或者下降状态，因此需要在后面加上比较器，保证电压达到一定值时，翻转电压。

本实验产生的是前一种阶梯波，由矩形波积分得到。

3.实验电路图

4. 仪器设备名称、型号

Agilent DSO5032型数字示波器

Agilent U1252A型数字万用表

DF1731SB3AD三路直流稳压源

5.理论分析或仿真分析结果

在multisim中仿真，观测出输出波形如图：

当滑动变阻器滑到中间时，测量得上限门电位4.529V，下限门电位4.593V，两电位间的阶梯个数为5，产生的矩形波周期为1.166ms。

理论上，矩形波发生器在R6置于中间处时，输出波形的周期T=2×100KΩ×5.1nF×ln（1+2）=1.1206ms，与仿真结果1.166ms接近，其相对误差为4.1%。

6.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、检查实验元件

2、按照图示搭建电路;打开直流电源，用万用表检测输出电压，达到±12V时给运算放大器上电。

3、打开示波器，并接到方波发生电路的输出端，检测输出波形、幅值、周期，记录图形

V pp=14.5V，T=1.1782ms，f=847.9Hz，与理论值T0=1.1206ms相差不大

4、用示波器观察二极管后的波形，并与前矩形波比较，记录图形

此波形上下并不对称，可以看成是一有直流偏移的矩形波，产生原因是D1二极管正负压降不同，但V pp=14.3V，T=1.1782ms均与上图波形一致。

5、观察输出波形并记录

图中，一个周期内的阶梯数为5

6、改变滑动变阻器阻值，观察输出波形的变化

左图为减小R6阻值时的波形，右图是增加R6阻值时的波形

7.实验结论

①按照原理图搭建电路，可以形成一阶梯波

②改变R6接入电阻值，即可改变矩形波输出周期，进而会改变阶梯个数

③当R6接入一半电阻时，输出台阶数为5，接入电阻值增大时，台阶数目会增多，反之即可减小

8.实验中出现的问题及解决对策

本次试验中，由于需要使用3个集成运放，故搭接电路时，为简便起见，用LM324代替，结果严重影响输出波形，无法看到阶梯波。

因此，最终决定仍用3个μA741搭建电路，结果出现了理想的波形

9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议

进过本次试验，加深了对运放的高级应用的掌握，同时更深入的了解波形发生器的工作原理，对于反馈机制及二极管的灵活应用也有所体会。

对于某些集成运放，虽然可以实现相同的功能，但因精度不同，内部结构差异大，实验室不能盲目替换。

建议实验室提供足够的μA741，因为在实验室它已经被人抢完了，所以后边的人无法使用。

10．参考文献

【1】廉玉欣《电子技术基础实验教程》机械工业出版社

【2】卢结成高世忻《电子电路实验及应用课题设计》中国科学技术大学出版社【3】王建新姜萍《电子线路实践教程》科学出版社