模电设计实验报告多功能锯齿波发生器的设计说明书

广东石油化工学院

课程设计说明书

课程名称：模拟电子技术课程设计

题目：多功能锯齿波发生器的设计

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日期：年月日

多功能锯齿波发生器的设计

一、设计任务与要求

1．运用集成运算放大器为主要器件，设计—个锯齿波产生电路；

2．在控制开关的作用下，能实现单周期扫描、间歇扫描、连续扫描和停止扫描控制功能；

3．具有输出幅度调节、直流偏置调节和扫描周期调节功能；

4.输出电压幅度在±10V的范围内可调，线性度优于0．01%；

二、方案设计与论证

本次设计首先采用比较器输出矩形波，通过积分器将波形转换为三角波，调节电位器，当积分电路的正向积分时间常数远大于反向积分常数，或者反向积分时间常数远大于正向积分时间常数时，那么输出电压U0上升和下降的斜率相差很多，就可以获得锯齿波。利用二极管的单向导电性使积分电路两个方向的积分通路相同，就可得到锯齿波发生电路。再将输出接到同向求和运算电路，就能得到直流偏置的效果。

方案一、锯齿波发生器电路可以由集成函数发生器8038构成

方案二、锯齿波发生器电路也可以由555定时芯片构成的自举电路产生

方案三、锯齿波可用积分器和模拟电压比较器实现，对电路的工作方式控制可以通过电子开关，也可以用手动控制。由于题目的要求，本设计采用的是集成运放构成的电路。电路的总体方案框图如下：

三、单元电路设计与参数计算

3.1锯齿波发生器电路：

设二极管导通的等效电阻可忽略不计，电位器的滑动端移到最上端。当U01=+Uz 时，D1导通，D2截止，输出电压的表达式为：

100031

()()O Z u U t t u t R C

=-

-+ 0u 随时间线性下降。当01Z U u =-时，D2导通，D1截止，输出电压的表达式为：

0210131()()()Z W U t t u t R R C

u -++=

0u 随时间线性上升。由于Rw 远大于R3，01u 和0u 的波形如图（b ）所示。

根据三角波发生电路震荡周期的计算方法，可以得出下降时间和上升时间分别为：

1

1

1

32

2R

R C R T t t ∙=-≈ 12

2213()2W R R R C R T t t ∙+=-≈

所以震荡周期为： 132

2(2)W R R R C R T +=

将1R 和2R 设为电位器，则调整1R 和2R 、W R 的阻值以及C 的容量，可以改

震荡周期。调整W R 的值可以改变的输出波形的占空比，以及锯齿波上升和下降斜率。

根据积分器的特点，锯齿波的转换须将时间常数设置的尽量小一点，可以选择C 为0.01uf 和0.1uf, 稳压管稳压值为10V ，

电位器1R 取10K Ω，2R 取20K Ω，W R 取5K Ω，3R 取100Ω，4R 取500Ω，

5R 取5K Ω。

3.2直流偏置电阻的计算

直流偏置调节电路：

同向求和电路中，多个输入信号同时作用于集成运放的同向输入端。根据运算关系，得：

1313121011121011

1111()i i P ui R R u u u R R R R R +++=++ 同向输入端电位为：

13

121011

()

i

i i p

P

u R u u R R u R +=+

其中P R =10R ‖11R ‖13R 经计算可得：

9

13

121011

()

i i ui R u u R R u R +=+

在此电路中，输入i u 为上一级的的输出，i1u 输入+15V ，i2u 输入-15V ， （1）当9R 、13R 取10K ，10R 取5K ，11R 取5K 时，经计算，可得0u 为+10V ；（2）当9R 、13R 取5K ，10R 取5K ，11R 取2.1K 时，经计算，可得0u 为-10V 。 因此电路中可设13R =10K ，电位器10R 、11R 取10K ，9R 取10K 。

四、总原理图及元器件清单

1．总原理图 电路如图：

2．元件清单

五、仿真调试与分析

5.1.1 锯齿波发生器

主要有迟滞比较器和RC充放电电路组成。比较器属于信号处理的一种，他的作用是将输入信号的电平进行比较，然后把比较的结果输出。实验采用的迟滞比较器的特点是：单输入增大及减少时，两种情况下的门限电压不相等，传输特性呈现出“滞回”曲线的形状，

迟滞比较器电路如图a所示：

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。

RC充放电电路：

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t

1到t

2

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t

2

时刻的输出电压。

当u

I

为常量时，输出电压

在求解t

1到t

2

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t

2

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。