Guangdong University of Petrochemical Technology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学生姓名:温子锋专 业：电子信息科学与技术班级：电子11-2学号：34指导教师：杨艳 日 期：2013年10月25日多功能锯齿波发生器的设计一、设计任务与要求1. 设计任务运用集成运算放大器为主要器件，设计一个锯齿波产生电路。通过对多功能波 型发生器的设计，加深对电子技术、测试测量技术理论的认识，为毕业设计打 下良好基础。学会查阅相关资料；提出具体方案；按要求设计好电路图，仿真 成功；递交课程设计实验报告2. 性能指标要求（1）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 扫描控功能；（2 ）具有输出幅度调节、直流偏置调节和扫描周期调节功能；（3 ）输出电压幅度在10V的范围内可调，线性度优于0. 01%；（4 ）要求主要选用集成运放实现；二、方案设计与论证1. 设计要求的总体分析锯齿波可用积分器和模拟电压比较器实现，要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。幅度频率可调锯齿波发生器电路可由集 成运放构成，也可以由集成函数发生器8038构成，还可以由555定时芯片构 成的自举电路产生。本次设计采用的是集成运放构成的电路。按任务要求，设计电路，计算参数，选择元器件。根据所设计的电路和所选择的元器件绘制电 路，并按照调试步骤进行调试。逐步排除故障最终达到设计要求电路的总体方案框图如下：一. 锯齿波发生器 主要由迟滞比较器和RC充放电电路组成。比较器属于 信号处理的一种。它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，本文采用的迟滞比较器的特点是：当输入增大及减小时，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。二. 直流稳压电源在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。 小功率的稳压电源的组成如图1.4. 1所示，它由电源变压器、整流电路、滤波 电路、稳压电路4部分组成三. 工作方式控制电路该部分电路控制整个电路的工作，可以控制锯齿波发生电路的工作，可 以实现单周期扫描、间歇扫描、连续扫描和停止扫描控功能；三. 单元电路设计与参数计算各个部分组成电路及元件1.集成运算放大器图3是集成运放的符号图，1、2端是信号输入端，3、4是工作电压端，5是 输出端，在实际中还有调零端，频率补偿端和偏置端等辅助端。集成运算放大 器的输入级通常由差分放大电路组成，因此一般具有两个输入端以及一个输出 端。图中标有“ + ”号的是同相输入端，标有“一”号的是反相输入端，当信 号从同相端输入时，输出信号和输入信号同相，反之则反相。当集成运放工作 在线性区时，它的输入信号电压和输出信号电压的关系是：(1)U -UP 综式中A”是运放器的放大倍数，A。,是非常大的，可达几十万倍，这是运算放 大器和差分放大器的区别，而且集成运放器的两个输入端对地输入阻抗非常高, 一般达几百千欧到几兆欧，因此在实际应用中，常常把集成运放器看成是一个“理想运算放大器”。理想运算放大器的两个重要指标为：(1) 差模输入阻抗为8；(2) 开环差模电压增益Aod为8。根据这两项指标可知，当理想运算放大器工作在线性区时，因为其输入阻抗为 8,因此在其两个输入端均没有电流，即在图1中/1=/2=0,如同两点被断 开一样，这种现象称为“虚断”。又因为综=3,根据输入和输出端的关系：%,所以认为运放的 ap n A.同相输入端与反相输入端两点的电压相等，如同将该两点短路一样。这种现象 成为“虚短”。“虚短”和“虚断”是理想运放工作在线性区时的两个重要结论，常常作为分 析许多运放电路的出发点。当理想运放工作在非线性区时，则“虚短”现象不 复存在。Il 1 同相输入端Up 反相输入端 虬。,212图3集成运算放大器2. 滞回比较器滞回比较器具有电路简单、灵敏度高等优点。在比较电路当中，如果输入电压 受到干扰或噪声的影响，在门限电平上下波动，则输出电压将在高、低两个电 平之间反复地跳变，如在控制系统中发生这种情况，将对执行机构产生不利的 影响。滞回比较器则克服了单限比较器的这种缺陷。滞回比较器又名施密特触 发器，其电路如图2所示。图4滞回比较器电路原理图输入电压U：经电阻&加在集成运放的反相输入端，参考电压U经电阻R接 在同相输入端，此外从输出端通过电阻Rf引回同相输入端。电阻R3和背靠背 稳压管VDZ的作用是限幅，将输出电压的幅度限制在土皿在本电路中，当集成运方反相输入端与同相输入端的电位相等，即U_=U+时, 输出端的状态将发生跳变。其中U*则由参考电压IU及输出电压U。二者共同决 定，而U。有两种可能的状态：+也或一U,。由此可见，这种比较器有两个不同 的门限电平，故传输特性呈滞回形状，如图3所示。图5滞回比较器的传输特性下面对此电路进行定性的分析：利用叠加原理可求得同相输入端的电位为:卜日甘七+日(2)若原先u=+uz,当Ui逐渐增大时, 表示，由上式可知：使U,从+U，跳变为一U，所需的门限电平用UT+uT =u +T+ R2+Rf ret(3)若原先u=U,当a逐渐减小, 表示，则：使U。从一U,跳变为+U,所需的门限电平用U-UT =UR2 +Rfref(4)上述两个门限电平之差成为门限宽度，用符号AUt表示，由以上两式可求得:(5)2R aut=ut+UT =UR2 +Rf由此可见，门限宽度AUt的值取决于稳压管的稳定电压u,以及电阻12和七. 的值，但与参考电压IU无关。也就是说，当IU增大或减小时，滞回比较器 的传输特性将平行地右移或左移，但滞回曲线的宽度将保持不变。说明滞回比 较器的抗干扰能力强。当输入信号受干扰或噪声的影响而上下波动时，只要根 据干扰或噪声电平适当调整滞回比较器两个门限电平Ur +和U-的值，就可以避 免比较器的输出电压在高低电平间反复跳变。3. 积分电路积分电路时一种应用比较广泛的模拟信号运算电路，它是组成模拟计算机的基 本单元，可以实现对微分方程的模拟。同时，积分电路也是控制和测量系统中 常用的重要单元，利用其充放电过程可以实现延时、定时以及各种波形的产生。电路组成如图6,根据理想运放工作在线型区时“虚短”和“虚断”的特点可 知：电路的输出电压U。与电容两端的电压U。成正比，而电路的输入电压禹与 流过电容的电流i。成正比，即U.与Ui之间成为积分运算关系。由于集成运放的反相输入端“虚地”，故Uo =-Uc可见输出电压与电容两端 电压成正比。又由于“虚断”，运方反相输入端的电流为零，则故 U； =z& =icR即输入电压与流过电容的电流成正比。由以上几个表达式可得:(6)由此可知，当输入电压为矩形波时，通过积分换算，输出电压即可转变为三角 波。四、总原理图及元器件清单2.元件清单元件序号型号主要缓攵数量备注稳压管5. IV 和 7. 5 V2个2二极管1N41481N41483个3运放NE5532NE55321个4电位器100kQ4个5电位器50kQ1个6电阻10K4个7电阻1 K 2K 3.3K27K各2个8摸拟器UA7411个9电容O.lpR 0.01 uf.474各1个10开关3个五、安装与调试（没有进行安装调试的这部分写电路中参数的 选择与计算）六、性能测试与分析（写仿真调试与分析）幅度可调锯齿波发生电路包括两部分,一是由集成运算放大器组成的滞回昭交器 电路,二是由集成运算放大器组成的积分电路。它的主要元器件包括集成运算放大器、 电容、电阻、可调电位器、二极管、稳压管等。将滞回啪交器的输出电压接在示波器 通道A一端，积分电路的输出电压接在示波器的通道B一端,便可对电路进行仿真, 得出仿真结果。七、结论与心得通过对多功能锯齿波发生器的设计，发现自己在模电这一块学得不好，有很多知 识还没有掌握。我深刻认识到了 “理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且 通过对此课程的设计，我学会了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知 识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。如果学而不 用，知识很快就会被忘掉。这是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题, 提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉原理图 参数计算是最难的,因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，但我们必 须通过改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是f经验的积累过程,没有经 验是不可能在短时间内将其完成的,而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重 要方面吧！在这次课程设计中发现了自己很多不足之处，希望以后能多动手，多学习， 多思考。八、参考文献：1康华光，模拟电子技术基础（第五版），高等教育出版社，2010。2康华光，数字电子技术基础（第五版），高等教育出版社，2010。3李淑明，模拟电子电路实验，电子科技大学出版社，2010。4电子技术课程设计指导/彭介华，高等教育出版社，2010。