锯齿波发生器设计报告

电子测量课程设计报告
指导老师：XXX
实验者：XXX
合作者：XXX
锯齿波发生器
1、设计内容：
设计一个锯齿波发生器，要求输出波形如下所示：
2、设计要求：
①周期要求如上图所示。

②锯齿波峰值大于10V。

3、实验所需元器件：
① 4011一片；
②电位器10k（2个）；
③ 9013（2个）；
④电阻4.7K （1个），2K（1个），1K（3个），100Ω（1个）；
⑤电容470nF（4个），电解电容100μF（1个）；
⑥二极管（1个）
实验中用到的4011管脚图：实验中用到的9013封装图：
9013三端子依次为E、B、C。

4.设计原理：
实验电路图:
实验电路图的PCB
实验原理:
该实验电路图共分为两部分：前面第一部分为矩形波产生电路。

用三个与非门通过RC 反馈电路产生稳定的方波，通过调节R1与C1可以调节方波的周期，由公式T=2.2RC ，选取R 、C 的值，如电路图中所示，第三个与非门输出端通过电阻和电容与第四个与非门的输入端连接，当与非门3输出端为高电平时，通过电阻并联对电容充电，充电时间取决于与非门3高电平的时间，当与非门3输出端跳转为低电平时，电容只通过R3电阻形成放电回路，由于放电回路时间常数（R3+R6）C2大于充电时间常数（R4∥（R3+R6））C2，所以电容放电时间较长，降低到与非门4输入低电平门限电压的时间长，调节R4的值就可以调节电容C2的充电电压，从而改变与非门4输出端跳转时间。

因此通过改变R4的电阻值可以改变电容的充放电时间，从而调节与非门4输出的矩形波的占空比，如下图所示
第三个与非门输出 第四个与非门输出
后面第二部分为锯齿波产生电路，要使电容的充电电压为线性度良好的直线，由公式dt t i C
t u C C ⎰=)(1)(得，电容的充电电流为恒值，即可得)(t u C =Kt ，得到线性度非常好的锯齿波。

电路图如下所示
第一个三极管基极的输入端为占空比可调的矩形波。

当与非门4输出为低电平时，9013截止，电源经R7对电容C3充电，取电容上端电压为输出电压；当与非门4输出跳转为高电平时，9013导通，由于9013饱和时输出阻抗很小，所以电容放电很快，故形成了很短的扫描回程。

同时由于C4远大于C3，所以C4放电时间远大于C3，认为C4上的电压保持恒值，第二个三极管构成一个射级跟随器，所以基极和射极的电压相等，这样C4两端的电压就是电位器R7两端的电压，因此电位器R7两端的电压保持不变，就保证了电容上的充
电电流不变，由
dt
t
i
C
t
u
C
C⎰
=)(
1
)(
知，电压上升过程为斜率不变的直线。

电源通过R7对电容充电，此段时间为积分时间，积分时间的长短取决于矩形波低电平的时间，因此通过调节R4的接入的电阻值就可以改变锯齿波的积分时间。

5.实验电路分析及NI Multisim 10仿真：
如上面实验电路图，所取阻值及电容均为面包板上的使用元件的值。

锯齿波峰峰值为10.3V，周期为5ms，积分时间tx可调。

调节R4的值，可调节锯齿波的积分时间
积分时间约占矩形波周期的20%（占空比20%）积分时间约占矩形波周期的80%（占空比80%）
6.实验设计制作及调试：
①．设计制作过程：
该电路连接共分为两部分：第一部分为矩形波产生电路；第二部分为锯齿波产生电路。

矩形波产生电路：用三个与非门通过RC反馈电路产生稳定的方波，通过调节RC的值可以调节方波的周期；第三个与非门输出端通过电阻和电容与第四个与非门的输入端连接，当第三个与非门输出端为高电平时，通过两电阻并联对电容充电，充电时间取决于并联电阻与电容的阻值，由于放电回路时间常数大于充电时间常数，所以电容放电时间较长，降低到第四个与非门输入低电平门限电压的时间长，因此改变可以改变电容的充放电时间，从而调节第四个与非门输出的矩形波的占空比。

锯齿波产生电路：输入端为占空比可调的矩形波，高电平时可使9013截止，电源对电容充电，积分电路产生锯齿波，同时由于C4
远大于C3，所以C4放电时间远大于C3，认为C4上的电压保持恒值，第二个三极管构成一个射级跟随器，所以基极和射极的电压相等，这样C4两端的电压就是电位器R7两端的电压，因此电位器R7两端的
电压保持不变，就保证了电容上的充电电流不变，由
dt
t
i
C
t
u
C C⎰
=)(
1
)(
知，电压上升过程为斜率不变的直线。

电源通过R7对电容充电，此段时间为积分时间，积分时间的长短取决于矩形波低电平的时间，因此通过调节R4的接入的电阻值就可以改变锯齿波的积分时间。

②．实验制作及调试：
在实验室连接时我们把这两部分分开连接并测试，最后将两部分分开连接并测试，得到最终的锯齿波波形。

主要原因是这样连接电路较简单，出现问题可以及时查找原因进行改正。

连接过程中第一部分，调节RC的值R1=4.8K，C1=470u，得周期为5ms。

第二部分调节过程出现的问题主要是:锯齿波的线性度和幅值问题，在老师的指导下，我们采用自举电路产生线性度好的锯齿波，在保证线性度非常好的前提下适当调节R7使锯齿波峰值大于10V。

7.实验结果见附页。

8.实验总结及感想：
此次实验过程共分为四部分：电路的设计，实验制作，实验调试，总结报告。

电路设计之初我们设计的电路是近似线性，当与非门4输出为低电平时，9013截止，电源经R5对电容C3充电，由于RC的
值较大，大于积分时间，线性度良好，但是当我们扩大电路的占空比，输出波形的上升趋向曲线，因为要保证电容的充电电压为线性度良好
的直线，由公式
dt
t
i
C
t
u
C
C⎰
=)(
1
)(
得，电容的充电电流为恒值。

所以我
们最初的设计得到的实际结果是一种近似，在原理上不能得到完全显性的锯齿波。

这点指导老师明确对我们的要求，对我们电路设计的原理提出更高的要求。

所以我们改变设计方案，采用电测老师在课堂上讲解的自举电路产生锯齿波，我们先理解理论基础知识，知道在自举电路中能保持电容上的充电电流不变，就达到了我们课程设计的实验要求。

通过本次的电子测量课程设计，我掌握了Multisim 仿真软件及PROTEL的应用，该软件为我们工程类学生提供了很好的实际验证的平台，将我们平时理论学习到的知识应用到实践当中去。

亲身体会学习了模块化的设计理念，由于电路的复杂性，我们很难一次性将电路功能实现出来，整体一次性连接电路的弊端还体现在无法确定错误出现在那个部分，模块化之后，确保每个模块功能完善的前提下整合出所需要的整体电路，各个模块的功能相对的简单，这样一个过程就将复杂的问题转化为一个一个问题，逐步得到解决。

整个过程中，我的动手能力得到了很大的提高，本次的课程设计电路复杂，功能多，我们在确定仿真正确的前提下，运用平时我们实验锻炼的实验能力，将整个电路分模块搭接出来，逐步完善功能。

在应用面包板的工程中，我明白了合理的布局对整个电路连接的重要
性，然后是运用万用表的蜂鸣档确定各个导线之间的连接。

只有做好每一小步才能取得整体电路的成功。

我觉得最重要的收获是老师对我们原理上提出的要求，一个设计在原理上没有达到要求，所得到的结果是不能保证质量的，我们的设计必须要在原理上正确无误，这对我们以后的学习和工作是个极大的借鉴。

最后感谢学院给我们提供这次课程设计的条件，感谢老师在我们课程设计工程中给予我们的帮助和指导。