1、實驗三 階梯波發生器的設計與仿真一 實驗目的1）掌握階梯波發生器電路的結構特點2）掌握階梯波發生器電路的工作原理3）學習復雜的集成運算放大電路的設計二 實驗要求1） 設計一個能產生周期性階梯波的電路，要求階梯波周期在20ms左右，輸出電壓范圍10V，階梯個數5個。(注意：電路中均采用模擬、真實器件，不可以選用計數器、555定時器、D/A轉換器等數字器件，也不可選用虛擬器件。)2） 對電路進行分段測試和調節，直至輸出合適的階梯波。3） 改變電路元器件參數，觀察輸出波形的變化，確定影響階梯波電壓范圍和周期的元器件。三實驗步驟1）設計方波發生器，電路如圖1所示，輸出波形如圖2所示。 圖1 圖22）在

2、方波發生器的輸出端接電阻和電容，組成微分電路如圖3所示，得到尖脈沖的波形圖如圖4所示 圖3 圖43）設計限幅電路，將負半周的尖脈沖濾除掉。利用二極管單向導通性來進行限幅，電路如圖5所示，輸出地單邊尖脈沖如圖6所示。 圖5 圖64） 設計積分累加電路，用集成運放組成的積分電路實現積分累加，在前面電路的基礎上連接積分累加電路，如圖7所示，打開仿真開關，得到積分累加電路的波形如圖8所示 圖7 圖85） 設計周期階梯波，在（4）的基礎上加上電壓比較器和開關控制電路，就組成了完整的階梯波發生器，如圖9所示，電路的輸出波形如圖10所示 圖9 圖10從圖10可以看出，電壓的周期約為20ms，輸出電壓范圍約1

3、0V，階梯個數為5個，符合設計要求。5）確定影響階梯波電壓范圍和周期的元器件因為振蕩周期T=2R8C2ln(1+2R4/R2),所以理論上說，階梯波的周期與R8C2成正比。對于微分電路，vo=-R7C3(dv/dt),積分電路vo=-1/R5C4vdt,所以理論上階梯波的高度與R7C3成正比，與R5C4成反比。a. 單獨改變R8的值，原來R8=71.5k,現使其增加約一倍，R8=143k,輸出波形如圖11所示，周期T40ms。單獨改變C2的值，使其增加一倍，輸出波形如入12所示，周期T40ms,從中可以看出，階梯波的周期與方波發生器的R8C2成正比 圖11 圖12b. 單獨改變R7的值，使其增

4、加一倍，R7=1.64k,輸出波形如圖13所示單獨改變C3的值，使其增加一倍，C3=0.1uf,輸出波形如圖14所示從圖可知,C3R7的增加對輸出電壓范圍影響不大，主要影響還是使得階梯波的高度增加 圖13 圖14c. 單獨改變R5的值，R5=1.2k,輸出波形如圖15所示單獨改變C4的值，C4=0.2uf,輸出波形如圖16所示從圖可知,C4R5的增加輸出電壓范圍影響不大，主要影響還是使得階梯波的高度的減小 圖15 圖16c. 改變比較器的三個電阻值，如圖17.18.19分別為改變R3=10k，R12=10k，R13=35k的值后的輸出波形。從輸出波形中可以看到，比較器的三個電阻R3，R12，R

5、13對周期和電壓輸出范圍有影響，對階梯波高度無影響。 圖17 圖18 圖19四 實驗小結 為了獲得足夠高的電壓放大倍數，或者為了獲得滿足要求的輸入輸出電阻，實際的放大電路通常由多個基本放大電路級聯而成，構成多級放大電路，在組成多級放大電路時，通常將三種基本組態的放大電路進行適當的排列組合，充分發揮各自電路的特點，從而獲得多級放大電路最佳的電路性能。引入負反饋會使得電路各參數受到影響。為了設計一個負階梯波發生器，首先考慮產生一個方波，其次，經過微分電路輸出得到上下都有的尖脈沖，然后經過限幅電路，只留下所需的正脈沖，再經過積分電路，實現累加而輸出一個負階梯。對應一個尖脈沖就是一個階梯，在沒有尖脈沖

6、時，積分器保持輸出不變，在下一個尖脈沖到來時，積分器在原來的基礎上積分，因此，積分器就起到了積分和累加的作用。當積分器累加的比較器的比較電壓時，比較器翻轉，比較器輸出正電壓，時振蕩控制電路起作用，方波停振。同時，這個正電壓使電子開關導通，積分電容放電，積分器輸出對地短路，恢復到起始狀態，完成一次階梯波輸出。積分器輸出由負值到零跳變的過程，又使比較器發生翻轉，比較器輸出變為負值，這樣振蕩控制電路不起作用，方波輸出，同時使電子開關斷開，積分器進行積分累加，如此循環往復，就形成了一系列階梯波。影響階梯波電壓范圍的元器件：R3，R12，R13影響周期的元器件：R8 C2 R4 R2影響階梯波高度的元器件：R7，C3，R5，C4（以上均對照圖9電路）結 論 這個實驗是我做的EDA設計三個實驗中最難的一個，一開始看著ppt上“龐大”的參考電路，我有些摸不著頭緒。但當我慢慢的看書，一步一步的上手，發現其實這個電路還是很好理解的，把電路拆分了，就是我模電課上學過的各種功能電路，把各個功能配合起來，就是實驗的結果。了解清楚了原理，設計起電路來就簡單多了，后面只用了很少的時間就把電路完成了?？梢姡龊脤嶒灥年P鍵是把原理弄懂，這樣可以事半功倍。參考文獻1 付文紅、花漢兵 EDA技術與實驗機械工業出版社 2007年2 王建新、姜萍 電子線路實踐教程科學技術出版社 2003年3 鄭步生、吳渭 M