电子测量课程设计报告.doc

电子测量课程设计 设计题目： 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、元器件 ① 4011一片； ② 电位器2个； ③ 9013 3个； ④ 电阻； ⑤ 电容； 4、考核标准 ① 预习方案报告； ② 独立设计； ③ 独立调试； ④ 验收； ⑤ 设计报告；（含PCB图、原理图） 一、实验准备 1、元件资料 1）9013： 2）4011： 自举电路 自举二极管的作用，是利用其单向导电性完成电位叠加自举，二极管导通时，电容充电到U1，二极管截止时，电路通过电容放电时U1与电路串联叠加自举. 自举电路通常用在高压驱动的场合中，通常用一个电容和一个二极管，电容存储电压，二极管防止电流倒灌，频率较高的时候，自举电路的电压就是电路输入的电压加上电容上的电压，起到升压的作用。自举电路只是在实践中定的名称，在理论上没有这个概念。自举电路主要是在甲乙类单电源互补对称电路中使用较为普遍。甲乙类单电源互补对称电路在理论上可以使输出电压Vo达到Vcc的一半，但在实际的测试中，输出电压远达不到Vcc的一半。其中重要的原因就需要一个高于Vcc的电压。所以采用自举电路来升压。 二、设计原理 电路图: 实验电路图PCB 三、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可以调节方波的周期，由公式T=2.2RC=4.96ms，调节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R4、R3电阻形成放电回路，由于放电回路时间常数（R3+R4）C2大于充电时间常数（R7∥（R3+R4））C2，所以电容放电时间较长，调节R7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R7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。 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，由公式得，电容的充电电流为恒值，即可得，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R8对电容C3恒流充电，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R8两端的电压，因此电位器R8两端的电压保持不变，就保证了电容上的充电电流不变，由知，电压上升过程为斜率不变的直线。 电源通过R8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，因此通过调节电位器R7的接入的电阻值就可以改变锯齿波的积分时间。调节电位器R8就可以调节输出电压的幅值。 四、实验电路分析及NI Multisim 10仿真 Multisim仿真中示波器的输出波形 与非门4输出的矩形波 调整R7减小占空比后的矩形波 保持Vdd10v减小占空比后的锯齿波 调节R7与R8增大占空比后的锯齿波 分析：由图可以看出当调节R8小于15%，即小于1500时，产生锯齿波的峰值过大，出现顶部削波现象。这是由于夹在三极管两端的电压过大，三极管出现截止失真导致。 五、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，根据题目已知的周期计算出所选用的R,C；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，由于二极管的单向导电性，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，第三个与非门输出电压降低到第四个与非门输入低电平门限电压所需的时间就比较长，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高电平的时间（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