修改电子技术课程设计锯齿波信号发生器报告资料
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电子测量课程设计
锯齿波信号发生器的设计
专业：电子信息科学与技术
班级： 2013电信对口
作者：陈华刚
指导老师：张东
13电信对口陈华刚201308354034
锯齿波信号发生器的设计
技术指标要求： 频率f=500Hz ，V p-p =10V 。
一、原理结构说明
（一）滞回比较器
在单限比较器中，输入电压在阈值电压附近的任何微小变化，R
都将引起输出电压的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。
因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。
滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因此也就具有一定抗干扰能力。
从反相输入端输入的滞回比较器电路如图(a)所示，滞回比较器电路中引入了正反馈。
(a)电路 (b)电压传输特性
从集成运放输出端的限幅电路可以看出，uo =±U Z 。
集成运放反相输入端电位u N =u I ，同相输入端电位
根据“虚短”u N =u P ，求出的u I 就是阈值电压，因此得出
±U Z
U Z
R 1+R 2
u P = R 1
U Z R 1+R 2
±U T = ± R 1
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。
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。
在我们所设计的锯齿波发生器中，滞回比较器由运放U1和电阻
Rb,R1,R4所组成。
通过由稳压管D1,D2和限流电阻R3构成的输出限幅电路，从而输出方波波
形。
其中调节电阻Rb,R1可改变锯齿波的幅值和一定范围的频率。
调节滞回
比较器的稳幅输出D1,D2值，可调整方波输出幅值，可改变积分时间，从
而在一定范围内改变锯齿波的频率。
（二）积分电路
如图所示的积分运算电路中，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t1到t2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t2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。
在我们所设计的锯齿波中，积分电路由运放U2和电阻R2，电容C1所构成。
调节R2,C1可以改变频率，从而得到我们所要的效果。
（三）充放电控制电路
充放电控制电路为正反向二极管和电位器的组合，使得充、放电时间不同，即可得到占空比可调的波形发生器。
在我们所设计的锯齿波中，通过调节电位器Rw来调整充放电时间常数，从而实现左锯齿波发生器和右锯齿波发生器。
二、设计框图
三、电路仿真及问题处理
（一）仿真设置
整个电路由运放U1和电阻Rb,R1,R4构成正相输入的滞回比较器，稳压管D1,D2和限流电阻R3构成的输出限幅电路，输出信号经充放电控制电路，改变充放电时间常数，调节占空比，后输出占空比不同的方波信号，再经积分电路后形成锯齿波信号。
而锯齿波类似三角波又作为输入信号，为滞回比较器提供输入源。
锯齿波信号发生器电路图
输出电压V(2)矩形波波形
输出电压V(3)矩形波波形
输出电压V(4)锯齿波波形
V(4)是V(3)经过积分器后输出的波形，即锯齿波是矩形波积分后的结果。
而他们的占空比相同。
输出电压V(4) 与V(3)波形
（二）输出波形中遇到的问题及误差分析
<输出波形V(4) 和V(3)>
1.电压值过高，调节电位器Rb。
（要求峰峰值为10V）
Rb的set值为0.5时输出的波形
Rb的set值为0.6时输出的波形
Rb的set值为0.9时输出的波形
如图，此时电压已达到我们所要求的值为10V，但频率太低。
2.频率太低，减小电阻R2或电容C1。
（f=1/2ΠRC）
此时R2电阻为20Ω，频率还是过低，当减小为10Ω时，可以得出我们所要求的频率为500Hz。
四、数据设置及处理
滞回比较器的输出电压U o1=±U z ，它的输入电压是积分电路的输出电压U o ，根据叠加原理，集成运放U 1同相输入端电位
令u N =u P1=0则阈值电压
(其中R b =25k Ω,set=0.9 ; R 1=8k Ω; R 4=20k Ω)
且 ±U Z =±10V
则 ±U T
=±0.5⋅10V =±5V
所以可得U 0的峰峰值 U p-p =5V+5V =10V
积分电路输入电压时滞回比较器的输出电压U o1，而且U o1不是+U z 就是－U z 。
设二极管导通时等效电阻忽略不计，电位器的滑动端移到最上端。
当U o1=+U z 时，D3导通，D4截止，输出电压表达式为
此时U o 随时间线性下降。
当U o1=－U z 时，D4导通，D3截止，输出电压表达式为
U o R b ’+R 1+ R 4 U p1 = R 4 U o1 R b ’+R 1+ R 4 +R b ’+R 1
U z R b ’+R 1+ R 4
± R b ’+R 1
U o R b ’+R 1+ R 4 =
R 4 U z R 4
=± R b ’+R 1
U z 20 =± H ± 0.5U z (1-0.9)×25+8
±U T z 21 0 1 1
U z (t 1－t 0) ＋U 0 (t 0)
－R 2C
U 0 = 1
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此时 U o 随时间线性上升。
由于R w ＞＞R 2 ,所以U o1和U o 的波形成锯齿形。
根据三角波发生电路振荡周期的计算方法，可得出下降上升时间，分别是
(其中 R b ’=47×(1-0.9)Ω=4.7K Ω; R 1=8K Ω; R 4=20K Ω; R 2=10K Ω; R w =70K Ω; C=0.022uF )
所以振荡周期，频率
T ＝ T 1＋T 2＝0.230ms ＋1.788ms ＝2.018 ms ≈500Hz
五、参考文献
[1]蔡明生，黎福海，许文玉.电子设计.北京:高等教育出版社,2004
[2] [美]塞尔吉欧⋅弗朗哥.电路设计.西安:西安交通大学出版社,2009
[3]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）北京:高等教育出版社,2009
[4]从宏寿，李绍铭.电子设计自动化.北京:清华大学出版社,2008
[5]王振红，张常年.综合电子设计与实践.北京:清华大学出版社,2008
R 2C R 4 T 1 =t 1－t 0≈2 =0.230ms R b ’+R 1 (R 2+R w )C R 4
T 2 =t 2－t 1≈2 =1.788ms R b ’+R 1。
