五级阶梯波发生器电路分析

实验题目：阶梯波发生器的设计与实现制作人：许江华班级：09211107学号：09210190班内序号：09一、实验目的（1）通过实验进一步掌握集成运放哥电压比较器的应用（2）进一步提高工程设计和实践动手能力，建立系统概念一、实验原理图二、实验内容1、利用所给器件设计一个阶梯波发生器，f>=500Hz,Uopp>=3V,阶梯数N=6；2、设计该电路的电源电路（不要求搭建），用Protel软件绘制完整的电路原理图（SCH）即印刷电路板图（PCB）。

三、实验所用仪器1.函数信号发生器2.示波器3.晶体管毫伏表4.万用表5.直流稳压电源四、实验可选器件LM741，电位器，二极管，电阻，电容等五、实验过程（一）方波发生器1）方波发生器电路图各个器件的作用：Rf1的作用为：调节阶梯波的阶梯数Rp1的作用：调节方波的周期，相当于调节阶梯波的周期（二）积分电路积分电路原理图：（三）迟滞电压比较器迟滞电压比较器的原理图：R1的作用：调节比较电压的大小，起到了调幅的作用（四）阶梯形成控制门阶梯形成控制门的原理图：（五）阶梯返回控制门六．电路原理图分析阶梯波发生器电路图：实验原理分析：该电路的组成之前已经介绍过。

现在分析实验原理：由于方波发生器的同向输入端接的是一个正参考电压，，输出所以是负脉冲。

在负脉冲持续时间内，二极管D2导通，积分器U3对负脉冲积分，其输出电压上升。

负脉冲消失之后，D1截止，积分器输入，输出电位保持不变，则形成一个台阶，积分器U3的输出的阶梯波就是迟滞比较器U1的输入，则改制每增加一个台阶，U1的输入电压增加一个值。

在台阶级数较少的时候，U1的同向输入端的电位比反相输入端的参考电压低，使U1输出低电平，二极管D2截止。

随着台阶级数的增加，当U1的同向输入端电压高于参考电压，U1的输出跳变成高电压，D2导通，积分器进入正电压积分，使U3输出电位下降明知道U3输出电压降至迟滞电压比较器的下门限电压时，U1输出才又恢复地电位D2截止，完成一个周期。

课题名称：阶梯波发生器的设计和实现院系：班级：姓名：班内序号：目录摘要： (2)关键词： (2)实验任务 (3)1、基本要求： (3)2、提高要求： (3)3、探究环节： (3)实验设计 (3)结构框图： (3)1.阶梯波发生电路 (3)2.三极管输出特性测试电路： (4)电路实现方案和原理： (4)1.阶梯波发生器方案和原理： (4)a.脉冲发生器电路设计 (5)b.积分器电路设计 (6)c.迟滞电压比较器电路设计 (6)2.交流电转12v直流电源电路设计： (7)3.三极管输出特性曲线测试电路方案和原理： (8)电路特性仿真（orcad）： (8)1.脉冲发生器反馈电阻（R1）对波形的影响： (8)2. Rf1对阶梯波的影响： (10)3.Rp1对阶梯波电路的影响： (11)4.Rp3对阶梯波电路的影响： (13)5.Rw3对阶梯波电路的影响： (14)电路测试与实现 (15)调试方法： (15)电路实现： (15)1.面包板搭建实现： (15)2.脉冲波输出波形： (16)3.阶梯波输出： (17)4.三极管输出特性曲线输出： (17)故障、问题分析及解决： (18)总结与体会： (18)附录： (19)1.元器件： (19)2.仪器仪表： (19)3.工具： (20)4.protel原理图 (20)a.电源电路（单路12v DC） (20)b.阶梯波发生电路（左）和三极管输出特性测试电路（右） (20)5.PCB印刷 (21)a.电源电路（单路12v DC） (21)b.阶梯波发生电路及三极管输出特性测试电路 (22)PCB板接口注释： (22)参考资料： (23)摘要：阶梯波是一种在电子电路中常见的波形，在无线电遥测、调频信号磁带记录以及数字电压表中较为有用，产生阶梯波的方法很多。

在模拟电路中常用运算放大器的组合形成方波-三角波发生器与迟滞电压比较器，并利用二极管、电容的电气特性来产生阶梯波。

姓名 班级 学号 实验日期 节次 教师签字 成绩阶梯波发生电路的设计与分析1.实验目的1、掌握阶梯波发生器电路的结构特点。

2、掌握阶梯波发生器电路的工作原理。

3、学习如何用Multisim 进行电路仿真。

4、学习复杂的集成运算放大器电路的设计。

2.总体设计方案或技术路线1、要设计阶梯波发生电路，首先要设计一个方波发生电路，然后通过微分电路，会得到上下均有尖脉冲的波形。

这时要只取上面的尖脉冲，就需通过限幅电路滤除下半部分的波形。

当这些脉冲经过积分运算电路时，一个尖脉冲累加为一个固定的值，在没有尖脉冲时，积分器保持输出不变。

下一个脉冲到来时又会增加同样的一个值，于是输出形成了阶梯波形。

2、改变电路元件的参数值，探究其于输出的阶梯波各项指标的关系。

3.实验电路图U1UA741CP3247651VEE-15.0VVCC 15.0VRf 100kΩR42kΩC147nFXSC1ABExt Trig++__+_R130kΩR210kΩD112VD212VC247nFR310kΩR510kΩR610kΩU2UA741CP3247651C347nFD31N4148D41N4148图1阶梯波发生电路4. 仪器设备名称、型号1、运算放大器μA741 2个2、二极管若干3、电阻，电容若干4、导线若干5、数字万用表6、可编程线性直流稳压电源7、Agilent DSO-X2002A 型示波器8、电子技术试验箱9、集成运算放大器应用子板5.理论分析或仿真分析结果1、方波发生电路设计方波发生电路由滞回比较器和RC 电路构成。

滞回比较器引入正反馈，产生振荡，使输出电压仅有高低电平两种状态，且自动相互转换。

RC 电路起延时作用和反馈作用，使电路的输出电压按一定时间间隔在高低电平之间交替变化，形成方波。

电路如图2所示，从图3所示的示波器中可读出方波的周期为4.017ms 。

U1UA741CP3247651VEE-15.0VVCC15.0VRf 100kΩR42kΩC147nFXSC1A BExt Trig++__+_R130kΩR210kΩD112VD212V图2方波发生电路图3方波波形2、微分电路设计在上图所示的方波发生电路的输出端接电阻3R 和电容2C 即可组成图4所示的微分电路，原理与运放组成的微分运算电路相同，这里不再叙述。

阶梯波发生器的设计与仿真一、实验目的1）掌握阶梯波发生器电路的结构特点2）掌握阶梯波发生器电路的工作原理3）学习复杂的集成运算放大电路的设计二、实验元件741集成运放（3个）、J210结型场效应管（1个）、15V直流电压源（4个）、5V稳压管（2个）、二极管（3个）、100nF电容（1个）、51nF电容（2个）、75KΩ1%电阻（1个）、2KΩ5%电阻（4个）、1KΩ5%电阻（4个）、10KΩ5%电阻（1个）、30KΩ1%电阻（1个）、3KΩ5%电阻（1个）、万用表、示波器等。

三、实验原理为了设计一个负阶梯波发生器，首先考虑产生一个方波，其次，经过微分电路输出得到上、下都有的尖脉冲，然后经过限幅电路，只留下所需要的正脉冲，再通过积分电路，实现累加而输出一个负阶梯。

对应一个尖脉冲就是一个阶梯，在没有尖脉冲时，积分器保持输出不变，在下一个尖脉冲到来时，积分器在原来的基础上进行积分，因此，积分器就起到了积分和累加的作用。

当积分累加到比较器的比较电压时，比较器翻转，比较器输出正电压，使振荡控制电路起作用，方波停振。

同时，这个正电压使电子开关导通，积分电容放电，积分器输出对地短路，恢复到起始状态，完成一次阶梯波的输出。

积分器输出由负值向零跳变的过程，又使比较器发生翻转，比较器输出变为负，这样振荡控制电路不起作用，方波输出，同时使电子开关断开。

积分器进行积分累加，如此循环往复，就形成了一系列阶梯波。

其原理框图如下图：图1 阶梯波发生原理框图四、实验内容1、实现方波发生器设计一个方波发生器，设计电路原理图如图2:图2 方波发生器电路原理图打开仿真开关，便可以得到方波的输出波形见图3。

图3方波发生器的输出波形从图3中可读出方波的周期为4.109ms，幅度为4.736V。

黄线为电容C1两端电压的变化曲线。

通过实验，可以得到：增大反馈电阻R4，会使得输出方波周期变小，而增大R1、R2则会使输出的方波周期变大。

而方波的输出幅度则是由安装的一对5V稳压管决定的。

电子电路综合实验阶梯波发生器设计与实现阶梯波发生器设计与实现一中英文摘要及关键词：中文摘要：阶梯波是一种取值不随时间连续变化的信号，它的取值具离散性。

当今这个数字时代，在一些实际应用中，由于阶梯波信号的数字特性而被广泛使用。

本次实验是利用运算放大器组合，利用二极管单向导通特性，设计一个阶梯波发生器。

由方波-三角波发生器与迟滞电路比较器实现了一个阶梯波发生器关键词：阶梯波、运算放大器、迟滞电压比较器Abstract of ladder waveform generator design experiment：Ladder waveform is a signal whose values change almost discretely. Nowadays it’s a digital era，step signal is widely used in many practical ways，This experiment design a ladder waveform generator by diode characteristic and combinations of operation amplifiers.Key words:Ladder Waveform , Operation Amplifier , Hysteresis Voltage Comparator二实验目的：1 通过实验进一步掌握集成运放和电压比较器的应用2 进一步增强工程设计和实践动手能力，建立系统概念三设计任务要求：１基本要求：１)利用所给元器件设计一个阶梯勃发生器，f>=500Hz,Uopp>=3V,阶梯N=6. ２)设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL绘制完整的电路原理图(SCH);２提高要求：１)用PROTEL绘制完整的印制电路板图(PCB);２)在接替勃发生器的基础上，设计一个三极管输出特性测试电路，在示波器上可以观测到基极电流为不同值时三极管的输出特性曲线束；３探究环节：１)提供其他阶梯波的设计方案，（通过仿真或实验结果加以证明）；２)探究其他阶梯波发生器的应用实例，给出应用实例。

班级：09级电信 姓名： 学号：阶梯波发生器（1）阶梯波发生器原理：简易数模转换（D/A ）主要由直流电源模块、连续脉冲信号发生模块、阶梯波形成级模块和阶梯波放大级模块等组成。

下图为模块示意图：一、直流稳压电源的设计 直流稳压电源电路图：用三端集成稳压源7809。

W7809典型稳压值9.0out V V =输出电流典型值为（最小值1.3A ），最小管压降2i o V V -=，1out I A <时的最大允许功耗max 15P W ≤。

最大输入电压35V =，内部设有热过载和过流短路保护电路，工作结温范围0℃125i T ≤≤+℃。

存储温度范围65-℃~150+℃。

极性电容起到滤波的作用。

本次实验中直接采用9V 直流电池直接供电，；利用9V 电池将其转化为5V 的直流电压，为芯片供电。

二、连续脉冲发生电路（1）利用555定时器构成多谐振荡器充电时间:放电时间：230.69313cc ccf b bccV VT R Ln R CV-=≈-故电路的振荡周期：0.693(2)c f a bT T T R R C=+=+振荡频率：1 1.433(2)a bfT R R C=≈+输出脉冲占空比：2c a bva bT R RQT R R+==+占空比可调的多谐振荡器此电路的振荡频率为0.01Hz~500kHz实验要求输出频率为1k~500kHz只需让调节滑动变阻器可实现占空比的变化三、开关电路及阶梯波形成级电路设计开关电路由计数器电路及模拟选通开关实现其功能，通过计数器控制模拟选通开关的工作状态，来实现开关电路功能。

阶梯波形成级电路由权电阻网络或倒T型网络电阻构成，通过运算放大器实现功能。

（一）计数器电路设计获得N进制的计数器常用的方法有两种：一是用时钟触发器和门电路进行设计；二是用集成计数器构成。

本实验中利用集成计数器实现：1.N M<的情况在M进制计数器的顺序技术过程中，若使之跳过M N-个状态，就可实现N进制计数器。