電子測量課程設(shè)計(jì)鋸齒波信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)專業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班級： 2013電信對口 作者： 陳華剛 指導(dǎo)老師： 張東 13電信對口 陳華剛 201308354034 鋸齒波信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求： 頻率f=500Hz，Vp-p=10V。一、原理結(jié)構(gòu)說明（一）滯回比較器AR1R2R3uooDZuIo 在單限比較器中，輸入電壓在閾值電壓附近的任何微小變化，R都將引起輸出電壓的躍變，不管這種微小變化是來源于輸入信號還是外部干擾。因此，雖然單限比較器很靈敏，但是抗干擾能力差。滯回比較器具有滯回特性，即具有慣性，因此也就具有一定抗干擾能力。從反相輸入端輸入的滯回比較器電路如圖(a)所示，滯回比較器電路中引入了正反饋。uooUZUZ-UT+UTUZ (a)電路 (b)電壓傳輸特性 UZR1+R2uP=R1從集成運(yùn)放輸出端的限幅電路可以看出，uo=UZ。集成運(yùn)放反相輸入端電位uN=uI，同相輸入端電位 UZR1+R2UT= R1根據(jù)“虛短”uN=uP，求出的uI就是閾值電壓，因此得出 當(dāng)uI<-UT，uN<uP，因而uo=+UZ，所以uP=+UT。uI>+UT，uo=-UZ。當(dāng)uI>+UT，uN>uP，因而uo=-UZ，所以uP=-UT。uI<-UT，uo=+UZ。 可見，uo從+UZ躍變?yōu)?UZ和uo從-UZ躍變?yōu)?UZ的閾值電壓是不同的，電壓傳輸特性如圖(b)所示。 在我們所設(shè)計(jì)的鋸齒波發(fā)生器中，滯回比較器由運(yùn)放U1和電阻Rb,R1,R4所組成。通過由穩(wěn)壓管D1,D2和限流電阻R3構(gòu)成的輸出限幅電路，從而輸出方波波形。其中調(diào)節(jié)電阻Rb,R1可改變鋸齒波的幅值和一定范圍的頻率。調(diào)節(jié)滯回比較器的穩(wěn)幅輸出D1,D2值，可調(diào)整方波輸出幅值，可改變積分時(shí)間，從而在一定范圍內(nèi)改變鋸齒波的頻率。（二）積分電路 如圖所示的積分運(yùn)算電路中，由于集成運(yùn)放的同相輸入端通過R接地，uN=uP=0，為“虛地”。 電路中電容C的電流等于流過電阻R的電流輸出電壓與電容上電壓的關(guān)系為 uo=-uc而電容上電壓等于其電流的積分，故在求解t1到t2時(shí)間段的積分值時(shí) 式中 為積分起始時(shí)刻的輸出電壓，即積分運(yùn)算的起始值，積分的終值是t2時(shí)刻的輸出電壓。當(dāng)uI為常量時(shí)，輸出電壓 當(dāng)輸入為方波時(shí)，則輸出電壓波為三角波。若改變占空比，即能得到我們所要的鋸齒波波形。在我們所設(shè)計(jì)的鋸齒波中，積分電路由運(yùn)放U2和電阻R2，電容C1所構(gòu)成。調(diào)節(jié)R2,C1可以改變頻率，從而得到我們所要的效果。（ 三）充放電控制電路 充放電控制電路為正反向二極管和電位器的組合，使得充、放電時(shí)間不同，即可得到占空比可調(diào)的波形發(fā)生器。在我們所設(shè)計(jì)的鋸齒波中，通過調(diào)節(jié)電位器Rw來調(diào)整充放電時(shí)間常數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)左鋸齒波發(fā)生器和右鋸齒波發(fā)生器。 滯回比較器鋸齒波方波充放電控制電路積分電路二、設(shè)計(jì)框圖三、電路仿真及問題處理（一）仿真設(shè)置整個(gè)電路由運(yùn)放U1和電阻Rb,R1,R4構(gòu)成正相輸入的滯回比較器，穩(wěn)壓管D1,D2和限流電阻R3構(gòu)成的輸出限幅電路，輸出信號經(jīng)充放電控制電路，改變充放電時(shí)間常數(shù)，調(diào)節(jié)占空比，后輸出占空比不同的方波信號，再經(jīng)積分電路后形成鋸齒波信號。而鋸齒波類似三角波又作為輸入信號，為滯回比較器提供輸入源。鋸齒波信號發(fā)生器電路圖輸出電壓V(2)矩形波波形輸出電壓V(3)矩形波波形輸出電壓V(4)鋸齒波波形V(4)是 V(3)經(jīng)過積分器后輸出的波形，即鋸齒波是矩形波積分后的結(jié)果。而他們的占空比相同。 輸出電壓V(4) 與V(3)波形（二）輸出波形中遇到的問題及誤差分析 <輸出波形V(4) 和V(3)> 1.電壓值過高，調(diào)節(jié)電位器Rb。（要求峰峰值為10V）Rb的set值為0.5時(shí)輸出的波形Rb的set值為0.6時(shí)輸出的波形Rb的set值為0.9時(shí)輸出的波形如圖，此時(shí)電壓已達(dá)到我們所要求的值為10V，但頻率太低。2.頻率太低，減小電阻R2或電容C1。（f=1/2RC）此時(shí)R2電阻為20，頻率還是過低，當(dāng)減小為10時(shí)，可以得出我們所要求的頻率為500Hz。四、數(shù)據(jù)設(shè)置及處理滯回比較器的輸出電壓Uo1=Uz，它的輸入電壓是積分電路的輸出電壓Uo，根據(jù)疊加原理，集成運(yùn)放U1同相輸入端電位UoRb+R1+ R4Up1= R4Uo1Rb+R1+ R4+ Rb+R1 UzRb+R1+ R4 Rb+R1UoRb+R1+ R4=R4令uN=uP1=0則閾值電壓(其中Rb=25k,set=0.9 ; R1=8k; R4=20k)Rb+R1UzR4= (1-0.9)25+8Uz20= 0.5UzUT且 UZ =10V則 UT =0.510V=5V所以可得U0的峰峰值 Up-p =5V+5V=10V 積分電路輸入電壓時(shí)滯回比較器的輸出電壓Uo1，而且Uo1不是+Uz就是Uz。 設(shè)二極管導(dǎo)通時(shí)等效電阻忽略不計(jì)，電位器的滑動端移到最上端。當(dāng)Uo1=+Uz時(shí)，D3導(dǎo)通，D4截止，輸出電壓表達(dá)式為Uz (t1t0) U0 (t0)R2CU0= 1此時(shí)Uo隨時(shí)間線性下降。當(dāng)Uo1=Uz時(shí)，D4導(dǎo)通，D3截止，輸出電壓表達(dá)式為Uz (t2t1) U0 (t1)(R2+Rw)CU0= 1 此時(shí) Uo隨時(shí)間線性上升。 由于RwR2 ,所以Uo1和Uo的波形成鋸齒形。 根據(jù)三角波發(fā)生電路振蕩周期的計(jì)算方法，可得出下降上升時(shí)間，分別是 (其中 Rb=47(1-0.9)=4.7K; R1=8K; R4=20K; R2=10K; Rw=70K; C=0.022uF )R2CR4T1=t1t02=0.230msRb+R1(R2+Rw)CR4T2=t2t12=1.788msRb+R1所以振蕩周期，頻率T T1T20.230ms1.788ms2.018 ms500Hz五、參考文獻(xiàn)1蔡明生，黎福海，許文玉.電子設(shè)計(jì).北京:高等教育出版社,20042 美塞爾吉?dú)W弗朗哥.電路設(shè)計(jì).西安:西安交通大學(xué)出版社,20093童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）北京:高等教育出版社,20094從宏壽，李紹銘.電子設(shè)計(jì)自動化.北京:清華大學(xué)出版社,20085王振紅，張常年.綜合電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐.北京:清華大學(xué)出版社,2008