1、编号： 电子线路综合设计实训（论文）说明书题 目： 锯齿波波形信号发生器 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 陈淑园 学 号： 1001134001 指导教师： 李淑明 2012 年 1 月 12 日桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 1 页 共 2 页 摘 要锯齿波是常用的基本测试信号。在无线电通信、测量、自动化控制等技术领域广泛地应用着。如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。因此锯齿波发生器是学习，科学研究等方面不可缺少的工具。在三角波发生器的基础上，改变积分电路的充放电时间，从而便
2、可以得到锯齿波发生器。本论文设计了一款锯齿波发生器，它信号参数可调，且电路结构简单，性能较好。关键词：锯齿波发生器；运算放大器；Multisim10； 积分电路；桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 2 页 共 2 页 Abstractsawtooth wave is a common basic test signal. It is wildly used in radio communications, measurement and automatic control and other technology fields. For example,in oscilloscopes,
3、 television and other equipment, in order to make electronic movement according to a certain law, so that the ekran could display images, the sawtooth generator is always used as a time-base circuit. Therefore sawtooth generator is an indispensable tool in learning, scientific research and other fie
4、lds. On the basis of the triangular wave generator, if change the charge and discharge time of the integral circuit, so get the sawtooth generator. This paper have designed a sawtooth generator, the signal parameters are adjustable, the structure is simple and the performance is good as well. Keywor
5、ds：Sawtooth Generator;Integrated Operational Amplifier; Multisim 9;桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 1 页 共 1 页 目 录引言 .11 设计的目的及任务 11.1 技术指标基本要求 .11.2 设计框图 .12 设计原理结构说明 22.1 滞回比较器 22.2 积分电路 .42.3 方波转换成三角波电路的工作原理：43 电路组成 .54 工作原理 .65 电路调试或仿真 .75.1 电路仿真 .76 结论 10谢 辞.12参考文献.13桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 1 页 共 13 页 引言波形信号发生
6、器亦称为函数发生器，作为实验用的信号源，是现金各种电子电路实验设计应用中必不可少的实验仪器设备之一。目前，时称上常见的波形信号发生器较多由纯硬件的搭接而成，且种类有限，多为正弦，方波，三角波等波形。信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555 振荡电路产生正弦波，三角波，方波的电路便是可取的路径之一，不依靠单片机也能产生波形。在日常生活中，以及一些科学研究中，常常会应用到锯齿波发生器。例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转板加上随时间作线性变化的电压锯齿波电压，使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。而电视机中显像管荧光屏上的光
7、点，是靠磁场变化进行偏转的，所以需要用锯齿波电流来控制。本电路中锯齿波发生器主要是用集成运算放大器实现的，它具有结构简单，调试方便等特点。本论文中，锯齿波发生器是运用相关器件组合而产生的电路，其中一个非常重要的部件就是集成运算放大器，以及由集成运算放大器组成的滞回比较器、积分器。用集成运放实现的电路结构简单，调整方便。1 设计的目的及任务1.1 技术指标基本要求实训设计的基本任务及指标：频率为 100HZ 到 10KHZ，并连续可调，锯齿波输出幅度 Up-p 约为 3 伏，负斜率可调，线性误差控制在 3% ，发挥部分：可以三角波输出，线性误差控制在 1%以内，输出幅度 Up-p 在 0 到 1
8、0 伏可调，其他 .1.2 设计框图滞回比较器锯齿波方波充放电控制电路 积分电路桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 2 页 共 13 页 2 设计原理结构说明2.1 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 2.1 滞回比较器电路原理图输入电压 Ui 经电阻 加在集成运放的反相输入端，参考电压 Uref 经电阻 接在2R
9、 1R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 和背靠背稳压管 VDz3的作用是限幅，将输出电压的幅度限制在 Uz。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 时，输U出端的状态将发生跳变。其中 U+则由参考电压 Uref 及输出电压 Uo 二者共同决定，而Uo 有两种可能的状态：+Uz 或Uz。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。桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 3 页 共 13 页 图 2.2 滞回比较器的传输特性下面对此电路进行定性的分析：用叠加原理可求得同相输入端的电位为： of2ref2f URR
10、U（2）若原先 Uo=+Uz,当 Ui 逐渐增大时，使 Uo 从+Uz 跳变为Uz 所需的门限电平用UT表示，由上式可知：（3）zf2ref2fTRUR若原先 Uo=Uz，当 Ui 逐渐减小，使 Uo 从Uz 跳变为+Uz 所需的门限电平用UT表示，则：（4）zf2ref2fT上述两个门限电平之差成为门限宽度，用符号 表示，由以上两式可求得：TU（5）zf2TTRU由此可见，门限宽度 的值取决于稳压管的稳定电压 Uz 以及电阻 和 的值，2Rf但与参考电压 Uref 无关。也就是说，当 Uref 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
11、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 UT和 UT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。2.2 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。桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 4 页 共 13 页 电路组成如图 4，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 Uo 与电容两端的电压 Uc 成正比，而电路的输
12、入电压 Ui 与流过电容的电流 ic 成正比，即 Uo 与 Ui 之间成为积分运算关系。图 2.3 积分电路由于集成运放的反相输入端“虚地” ，故 可见输出电压与电容两端电压成coU正比。又由于“虚断” ，运方反相输入端的电流为零，则 ，故 即输入ciRici1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。2.3 方波转换成三角波电路的工作原理：式中，积分时间常数为 RC。当输入信号为方波时，其输出信号为三角波， 电路波形图如下：dt1dtiCUicco R 桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 5 页 共
13、13 页 图 2.4 三角波3 电路组成图 5 所示为一个锯齿波发生电路。图中集成运放 A1 组成滞回比较器；二极管VD1、VD2 和电位器 Rw，使积分电路的充放电回路分开，故 A2 组成充放电时间常数不等的积分电路。调节电位器 Rw 滑动端的位置，使 Rw1 远小于 Rw2，则电容放电的时间常数将比充电的时间常数小得多，于是放电过程很快，而充电过程很慢，即可得锯齿波。滞回比较器输出的矩形波加在积分电路的反相输入端，而积分电路输出的锯齿波又接到滞回比较器的同相输入端，控制滞回比较器输出端的状态发生跳变，从而在 A2的输出端得到周期性的锯齿波。图 3.1 幅度可调锯齿波发生器整体电路桂林电子科
14、技大学实训（论文）报告用纸 第 6 页 共 13 页 4 工作原理假设初始时刻滞回比较器输出端为高电平，而且假设积分电容上的初始电压为零。由于 A1 同相输入端的电压 U+同时与 Uo1 和 Uo 有关，根据叠加原理，可得： （7）则此时 U+也为高电平。但当 时，积分电路的输出电压 Uo 将随着时间往z1oU负方向线性增长，U+随之减小，当减小至 时，滞回比较器的输出端将发生0跳变，使 ，同时 U+将跳变为一个负值。以后，积分电路的输出电压将随着z1oU时间往正方向线性增长，U+也随之增大，当增大至 时，滞回比较器的输出端再次发生跳变，使 ,同时 U+也跳变为一个正值。然后重复以上过程，于是
15、z1o可得滞回比较器的输出电压 为矩形波，而由于积分电路的充放电时间不等，故积分电路输出电压 Uo 为锯齿波。如图 6 所示：图 4.1 锯齿波发生电路的波形图由上图可知，当 发生跳变时，锯齿波输出 Uo 达到最大值 Uom，而 发生跳变1oU 1oU的条件是： ，将条件 ， 代入（7）式，可得：z1oU 0（8）由此可解得锯齿波输出的幅度为： (9)o21o21RR0mo21z21R-R0）（ z21R桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 7 页 共 13 页 要使得幅度可调，由（9）式可知，改变参数 即可，所以实际电路中 采用滑1R1R动变阻器；调节滑动变阻器即可改变锯齿波的输出幅度。
16、从而满足设计要求。4.2 原理图5 电路调试或仿真5.1 电路仿真用 Multisim10.0 对电路进行仿真,调节好频率即得到下图 桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 8 页 共 13 页 图 5.1 仿真波形（）通过调节滑动变阻器来调节波形的幅度，及正斜率负斜率。桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 9 页 共 13 页 图 5.2 仿真波形（）图 5.3 仿真波形（）桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 10 页 共 13 页 图 5.4 PCB 图6 结论本次试验是我第一次亲身体会自己动手查资料、设计电路、仿真等过程，个人感觉收获很大。在实训过程中，遇到了很多问题，经过反
17、复的查阅资料才得以解决，后来仿真不出，又请教了同学。在设计电路时也锻炼了自己的思维及动手能力，但是做第一块电路板时都没有成功，后发现电路焊接有短路，导致芯片烧坏。因此在又重做时，我很细心认真，在我的不断努力、不断探索、不断查资料之下，终于将电路设计成功，并调出所要求的波形，给老师验收成功之时心情真的好激动当我拿到课程设计题目时感觉很茫然，不知道从何入手，只有一张设计要求、没有工具、没有资料、没有材料，如何能完成设计要求呢！后来经过本人上网查资料了解到电路设计好了之后可以使用 Multisim 对其进行仿真，无需将电路事物图做出来。桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 11 页 共 13 页
18、 用 Multisim10 对电路进行仿真真的很方便，而且安全，还便于对电路进行修改。本次设计中采用电路模块化理念，将本来非常复杂的电路分解成一个个简单的单元电路，然后设计单元电路，单元电路设计起来就简单多了。最后将每个单元电路连接起来便成了一个复杂的，具有特定功能的电路。这种设计电路的思想在设计大型电路时尤为突出，每个工程师只需要负责自己的一块电路，然后汇总就 OK 了！本次设计中遇到了不少困难，但在老师同学的帮助下、在自己的努力下，还是一个一个的将问题解决了！个人感觉收获最大的就是学会了设计电路的这种方法和分析问题解决问题的思想！桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 12 页 共 13
19、 页 谢 辞转眼间，三个星期的实训过去了。首先，我谨向我们院领导及老师们致以衷心的谢意，让我们有此机会进行锻炼自己，对专业知识的掌握以及自己的动手能力，进而更加的了解到自己所学的知识。此外还对实训指导老师李淑明老师以及其他老师致以衷心的谢意，正是有老师们的正确悉心的指导我的实训才能完成。刚刚开始的时候很担心，因为毕竟这次实训是我们第一次从理解实训题目要求，收集资料到自己设计电路，最终调试电路，所以很担心，但是在经过的老师的细心指导下，我慢慢的开始自信的进行，通过向老师的一些宝贵的意见和建议，我慢慢的也对这次实训的内容和要求有了更进一步的理解。在实训的期间有老师们同学们对我在实训过程中产生的一些
20、问题进行改正，比如原理图的一些错误，老师会给我很仔细的分析错误的原因，在排版的时候会建议我怎么样才能更好的利于布线，这让我由如虎添翼，作品才得以成功的做出来并成功的实现功能。老师们严谨细致、一丝不苟的作风，将一直是我以后工作、学习中的榜样。我还要感谢各位同学，在实训的这段时间里，你们给了我很多的帮助，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢。桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 13 页 共 13 页 参考文献1 童诗白.模拟电子技术基础（第二版）.高等教育出版社.19882 康华光.电子技术基础，高等教育出版社，19883 陈大钦.电子技术基础实验，高等教育出版社，20004 杨素行.模拟电子技术基础简明教程（第二版），高等教育出版社，19975 邱关源.电路（第四版），高等教育出版社，19996 Bobrw. L.S.Elementary Linear Analysis Holt, Rinehart and Winston, Inc., 19817 冯民昌.模拟集成电路基础，中国铁道出版社，1995
