修改电子技术课程设计-锯齿波信号发生器报告材料

电子测量课程设计

锯齿波信号发生器的设计

专业：电子信息科学与技术

班级： 2013电信对口

作者：陈华刚

指导老师：张东

13电信对口陈华刚201308354034

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 。 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。

(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，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 Z

U Z

R 1+R 2

u P = R 1

U Z R 1+R 2

±U T = ± R 1

当u I<-U T，u N+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。

二、设计框图

滞回比较器

锯齿波方波

充放电控

制电路

积分电路

三、电路仿真及问题处理

（一）仿真设置

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

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)

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

U o R b ’+R 1+ R 4 U p1 = R 4 U o1 R b ’+R 1+ R 4 +R b ’+R 1

U z R b ’+R 1+ R 4

± R b ’+R 1

U o R b ’+R 1+ R 4 =

R 4 U z R 4

=± R b ’+R 1

U z 20 =± H ± 0.5U z (1-0.9)×25+8

±U T U z (t 2－t 1) ＋U 0 (t 1)

(R 2+R w )C

U 0 = 1

U z (t 1－t 0) ＋U 0 (t 0)

－R 2C

U 0 = 1