方波三角波发生电路的设计及仿真

学生实验报告-学年第学期实验课程实验地点学院专业学号姓名实验项目1方波三角波发生电路的设计及仿真实验时间111实验台号1预习成绩1报告成绩1、实验目的1、学习用集成运算放大器构成的方波和三角波发生电路的设计方法。2、学习方波和三角波发生电路主要性能指标的测试方法。二、实验原理1. 方波和三角波发生电路型式的选择由集成运放构成的方波和三角波发生器的电路型式较多，但通常它们均由滞回比较器和积分电 路组成。按积分电路的不同，又可分为两种类型：一类是由普通RC积分电路和滞回比较器所组成， 另一类由恒流充放电的积分电路和滞回比较器所组成。简单的方波和三角波发生电路如图3-1所示。其特点是线路简单，但性能较差，尤其是三角波 的线性度很差，负载能力不强。该电路主要用作方波发生器，当对三角波要求不高时，也可选用这 种电路。更常用的三角波和方波发生电路是由集成运放组成的积分器与滞回比较器组成，如图3-2所示。 由于采用了由集成运放组成的积分器，电容C始终处在恒流充、放电状态，使三角波和方波的性能 大为改善，不仅能得到线性度较理想的三角波，而且也便于调节振荡频率和幅度。方波的输出幅度V由稳压管DZ决定，方波经积分器积分后得到三角波，因此三角波输出的幅值(峰值)为：。m1三、预习内容1、复习教材中有关方波和三角波发生电路的内容；2、按下列要求设计一个用两级集成运放构成的方波和三角波发生电路;(1) 振荡频率范围：500Hz1kHz；(2) 方波输出电压幅度：Vom=6V；(3) 三角波峰值调节范围：Vom1=24V；(4) 集成运放采用741。 Om四、实验内容1、仿真分析观察方波输出端和三角波输出端的电压波形；2、.测量方波的幅值Vom、频率f及频率调节范围。3. 测量三角波的幅值V及其调节范围。注意观察在调节过程中波形的变化，并分析其原因。om4. 仿真分析运放组成的滞回比较器的电压传输特性。五、实验步骤电路中元件的选择及参数的确定(1) 集成运算放大器的选择由于方波的前后沿时间与滞回比较器的转换速率有关，当方波频率较高(几十千赫以上)或对 方波前、后沿要求较高时，应选择高速集成运算放大器来组成滞回比较器。(2) 稳压管的选择稳压管的作用是限制和确定方波的幅值，此外方波振幅和宽度的对称性也与稳压管的对称性有 关，为了得到稳定而且对称的方波输出，通常都选用高精度双向稳压二极管，如2DW7。R3是稳压 管的限流电阻，其值根据所用稳压管的稳压电流来确定。(3) 分压电阻R和R2阻值的确定R和R2的作用是提供一个随输出方波电压而变化的基准电压，并由此决定三角波的输出幅度。 所以R和R2的阻值应根据三角波输出幅度的要求来确定。已知VZ=6V，若要求三角波的峰值为 V _,=3V,若取R=10kQ,则R2=20kQ。当要求三角波的幅值可以调节时，R_,和R2则可以用电位器 om11212来代替。(4) 积分元件R和C参数的确定R和C的值应根据方波和三角波发生器的振荡频率去来确定。当分压电阻R1和R2的阻值确定 后，先选择电容C的值，然后确定R的阻值。对于图3.3所示电路，为了减小积分漂移，应尽量将电容C取大些。但是电容量大的电容，漏 电也大，因此通常积分电容应不超过1疔。3. 方波和三角波发生电路的调试方法方波和三角波发生电路的调试，应使其输出电压幅值和振荡频率均能满足设计要求。为此可用示波 器测量方波和三角波的频率和幅值。调整电阻R的阻值，可以改变振荡频率去；调整电阻R1和R2 的阻值，可以改变三角波的输出幅度。参考的输入网单文件如下:A drvieR412500R1 4810KR281 20KR391 100DZ1110DMODDZ20 10DMODVCC50DC12VEE6 i0 DC-12X10 2564UA741X28 0569UA741C1241U.MODELDMODD IS=.LIBEVAL.LIB*V4401RS=3BV=4.85IBV=1UA*.DC V4-550.01*.DC V45-50.01.TRAN5US12MS.PROBE.END1、运行.TRAN语句，可获得:IQYi .-畐俪嗨4啊i：nr-U：rr039ai-6.tfelW):S.Wb13alDlr3.1ST3h2DV六、思考题1、运放采用LM324 （高速运放）后会对波形产生什么影响，你能否用仿真波形说明？I ： ,kik2、运行.DC语句，可获得:（1）运行第1个.DC语句.J .卜L_ . p. . .L . I I f 冷门! ! ： ! 丄妙刼专或强j.（2）运行第2个.DC语句-图3-5滞回比较器的电压传输特性。-匸=输出方波电压波形1 ! 1 1丄_LIIII1 1 $ w：. ：.：:;：iZ :i iiiiiIIII11i111 1IIII till,1，T ，门t-rriiii1 1 1 iiiirr_ _r1yyTTrI I : = -r1I1-1*IIIIIIIIIIII J 1iii X i i s! i-1 1 1iiiiT z T ! ! Z ! ,i 11ii riiii iiii1 ! 1 1till: 二i i ii fii:/ ：；/ ；IIII till .”.1.L=III11H:： y ：:n:iiii11 111 11iiiiH/. 1 11 1L丄.IIII IIII iiiiIIII IIII1 1 1 1 1i | | : j-3 i )；-b:一丄丄rtill IIIIiiiiiiii1：；.,- 1： . 7.I-?- .：-.IT. 2.H9T2.9OVZ.9-V2皿2.9SVL93T 3aocnr：;3、测得的信号频率与理论值进行比较？f的测量值f=l/T=lkHz，理论值f=lkHz, f=f，所以测得的信号频率与理论值相同。4、测出电压比较器的门限值？并与理论计算值比较。测量的电压比较器的门限值为V上=6.0097V, V下=-6.0096V,理论值为V上=6V, V下=-6V。 由于仪器存在误差，所以测量值与理论值在误差允许范围内相同。七、总结分析（1）通过该仿真实验的测量分析，了解了集成运放的特性，及积分，微分电路的要求。（2）电路的门限值与温度有关，稳压管的恒流电阻应根据稳压管的稳压电流来确定。