北邮通信工程阶梯波实验报告.doc

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1、实验报告题目：阶梯波发生器的设计与实现专业：通信工程一．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.进一步工程设计和实践动手能力，建立系统概念。二．实验任务要求【基本要求】：1）.利用所给元器件设计一个阶梯波发生器，f≥500Hz，Uopp≥3V,阶数N=6。2）.设计该电路的电源电路（不要实际搭建），用protel软件绘制完整的电路原理图及印制电路版图。【提高要求】：1）.用PROTEL软件绘制完整的印制电路板图。2）.在阶梯波发生器的基础上，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

2、为不同值时三极管的输出特性曲线。【探究环节】：1）.提供其他阶梯波发生器的设计方案2）.研究其他阶梯波发生器的应用实例，给出应用方案。三：实验原理原理：系统设计框图如下图所示，主要包括方波发生器、微分与限幅电路、积分累加电路以及电子开关和累加器等基本单元。方波发生器产生方波信号，经过微分限幅后形成方波脉冲级，方波脉冲经积分累加电路形成阶梯波脉冲，同时通过电子开关调节系统，产生周期性阶梯波。微分电路限幅电路比较器振荡控制电路电子开关电路积分累加电路输出该电路是有方波—三角波发生器与迟滞电压比较器构成。电路原理图如下所示，运算放

3、大器U1构成迟滞电压比较器，U3是积分器，U4为窄脉冲发生器。两个二极管，、其中D1是阶梯行程控制门，D2是阶梯返回控制门。由于U4的同向输入端加入一个正参考电压，U4输出为负脉冲。在负脉冲持续期间，二极管D1导通，积分器U3对负脉冲积分，其输出电压上升。负脉冲消失后，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，该值每增加一个台阶，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向输入端的参考电压低，使U1输出低电平，二极管D2截止。随着

4、台阶级数的增加，当U1的同向输入端电压使U3输出电位下降，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。原理图如下所示：一．电路设计及所实现功能说明总体电路的设计1）.电源电路原理图：设计说明：电源电路包括整流、滤波、稳压等部分组成，各个部分的设计可以根据稳压的不同得到不同的结果，这里我们需要稳压到12V。该电路的设计思路是设计一个电压可调的电路，范围5~15V。由图可知，当电位器移至上端时输出电压最小，Uon=5V；当电位器移至最下端时输出电压最大，Uom=15V，故得到以

5、下的式子：先确定稳压值Uz，一般选择Uz=Uon×90%=4.5V。选择采样电阻中的最小电流IR=1mA。得到电阻方程组：解方程组得：R1=500Ω、R2=1.5KΩ、W=3KΩ。为了保证最大输出为15V，整流输出UoI≥15+3=18V，取滤波电路输出电压UoI=1.1UEF，则变压器次级输出电压有效值UEF=UoI/1.1=18/1.1=16.4V，考虑到市电220V有10%的波动，则UEF≥16.4/0.9=18.2V2).窄脉冲发生器原理图：设计说明：⑴运算放大器采用高性能差动放大电路作为输入级，为了输入电阻高，差模

6、放大倍数大，抑制共模信号能力强。中间级多采用电流源负载的共射放大电路，是整个运放的主要放大部分。输出放大级多采用互补对称输出电路，使运放应具有输出电压线性范围宽、输出电阻小（即带负载能力强）、非线性失真小等特点。⑵相关公式为阶梯波周期，为脉冲波周期，N为阶梯数；为高电平持续时间；为低电平持续时间。由实验要求：N=6，f≧500Hz,Uopp≧3V带入以上公式，计算可得：T≦2ms,故取T=2ms，则T’=0.29ms;取Um=11V,则R1=100k,C1=0.01uf;3）.积分器电路原理图：设计说明：当放大电路满足深度负

7、反馈条件时，由虚开路和虚短路特性，,电容两端的电压为输出电压，则输出电压的表达式为：显然，输出电压与输入电压是积分关系。当已知输出电压在t1时刻的值时，输出电压表达式可以为：为满足Uopp≧3V，且阶梯数N=6由以上公式计算可得C=0.01u,R2=100k4）.迟滞电压比较器原理图：设计说明：比较器的反相输入端通过电阻Rw3加有参考电压，与基本的单项比较器想比，迟滞比较器通过Rf3引入了电压反馈。根据实验要求，阶梯波一个周期中有6个阶梯，则将上下门限电压设为Uth+=12V,Uth-=0V。输出电压变化在6V以上，则参考电

8、压用10k电位调节器Rw3，Rf3取50k,Rp3为一个22k的电位调节器。并且，为了控制阶梯波返回时，返回时间小于一个台阶的产生时间，则还应取R3小于R2，故取R3为10k.5）实际所搭电路：6）电路调试：电路调节方法：调节波形的输出特性主要利用电位器进行调节，各电位器的调节作用及原理如