電子測量課程設(shè)計--鋸齒波發(fā)生器

1、<p><b>　　電子測量課程設(shè)計</b></p><p>　　設(shè)計題目：鋸齒波發(fā)生器</p><p><b>　　1、設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　設(shè)計一個鋸齒波發(fā)生器，要求輸出波形如下所示：</p><p><b>　　2、設(shè)計要求</b></p

2、><p>　?、?周期要求如上圖所示。</p><p>　　② 鋸齒波峰值大于10V。</p><p><b>　　3、元器件</b></p><p><b>　?、?4011一片；</b></p><p><b>　?、?電位器2個；</b></p&

3、gt;<p>　　③ 9013 3個；</p><p><b>　　④ 電阻；</b></p><p><b>　　⑤ 電容；</b></p><p><b>　　4、考核標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p><b>　?、?預(yù)習(xí)方案報告；</b>&

4、lt;/p><p><b>　?、?獨立設(shè)計；</b></p><p><b>　　③ 獨立調(diào)試；</b></p><p><b>　?、?驗收；</b></p><p>　?、?設(shè)計報告；（含PCB圖、原理圖）</p><p><b>　　一、實

5、驗準(zhǔn)備</b></p><p><b>　　1、元件資料</b></p><p><b>　　1）9013：</b></p><p><b>　　2）4011：</b></p><p><b>　　自舉電路</b></p><

6、;p>　　自舉二極管的作用，是利用其單向?qū)щ娦酝瓿呻娢化B加自舉，二極管導(dǎo)通時，電容充電到U1，二極管截止時，電路通過電容放電時U1與電路串聯(lián)疊加自舉. 自舉電路通常用在高壓驅(qū)動的場合中，通常用一個電容和一個二極管，電容存儲電壓，二極管防止電流倒灌，頻率較高的時候，自舉電路的電壓就是電路輸入的電壓加上電容上的電壓，起到升壓的作用。自舉電路只是在實踐中定的名稱，在理論上沒有這個概念。自舉電路主要是在甲乙類單電源互補對稱電路中使用較

7、為普遍。甲乙類單電源互補對稱電路在理論上可以使輸出電壓Vo達到Vcc的一半，但在實際的測試中，輸出電壓遠(yuǎn)達不到Vcc的一半。其中重要的原因就需要一個高于Vcc的電壓。所以采用自舉電路來升壓。</p><p><b>　　二、設(shè)計原理</b></p><p><b>　　電路圖:</b></p><p><b>　

8、　實驗電路圖PCB</b></p><p><b>　　三、實驗原理：</b></p><p>　　該實驗電路圖共分為兩部分：前面第一部分為矩形波產(chǎn)生電路。</p><p>　　用三個與非門通過RC反饋電路產(chǎn)生穩(wěn)定的方波，通過調(diào)節(jié)R1可以調(diào)節(jié)方波的周期，由公式T=2.2RC=4.96ms，調(diào)節(jié)R，C的值，如電路圖中所示，第三個與非門

9、輸出端通過電阻和電容與第四個與非門的輸入端連接，當(dāng)與非門3輸出端為高電平時，通過電阻并聯(lián)對電容充電，充電時間取決于與非門3高電平的時間，當(dāng)與非門3輸出端跳轉(zhuǎn)為低電平時，電容只通過R4、R3電阻形成放電回路，由于放電回路時間常數(shù)（R3+R4）C2大于充電時間常數(shù)（R7∥（R3+R4））C2，所以電容放電時間較長，調(diào)節(jié)R7的值就可以調(diào)節(jié)電容C2的充電電壓，從而改變與非門4輸出端跳轉(zhuǎn)時間。因此通過改變R7的電阻值可以改變電容的充放電時間，從而

10、調(diào)節(jié)與非門4輸出的矩形波的占空比。</p><p>　　后面第二部分為鋸齒波產(chǎn)生電路，要使電容的充電電壓為線性度良好的直線，由公式得，電容的充電電流為恒值，即可得，得到線性度非常好的鋸齒波。電路圖如下所示</p><p>　　第一個三極管基極的輸入端為占空比可調(diào)的矩形波。當(dāng)與非門4輸出為低電平時，9013截止，電源經(jīng)R8對電容C3恒流充電，取電容上端電壓為輸出電壓；當(dāng)與非門4輸出跳轉(zhuǎn)為高電

11、平時，9013導(dǎo)通，由于9013飽和時輸出阻抗很小，所以電容放電很快，故形成了很短的掃描回程。同時由于C4遠(yuǎn)大于C3，所以C4放電時間遠(yuǎn)大于C3，認(rèn)為C4上的電壓保持恒值，第二個三極管構(gòu)成一個射級跟隨器，所以基極和射極的電壓相等，這樣C4兩端的電壓就是電位器R8兩端的電壓，因此電位器R8兩端的電壓保持不變，就保證了電容上的充電電流不變，由知，電壓上升過程為斜率不變的直線。</p><p>　　電源通過R8對電容充

12、電，此段時間為積分時間，積分時間的長短取決于矩形波低電平的時間，因此通過調(diào)節(jié)電位器R7的接入的電阻值就可以改變鋸齒波的積分時間。調(diào)節(jié)電位器R8就可以調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值。</p><p>　　四、實驗電路分析及NI Multisim 10仿真</p><p>　　Multisim仿真中示波器的輸出波形</p><p>　　與非門4輸出的矩形波</p>&

13、lt;p>　　調(diào)整R7減小占空比后的矩形波</p><p>　　保持Vdd>10v減小占空比后的鋸齒波</p><p>　　調(diào)節(jié)R7與R8增大占空比后的鋸齒波</p><p>　　分析：由圖可以看出當(dāng)調(diào)節(jié)R8小于15%，即小于1500時，產(chǎn)生鋸齒波的峰值過大，出現(xiàn)頂部削波現(xiàn)象。這是由于夾在三極管兩端的電壓過大，三極管出現(xiàn)截止失真導(dǎo)致。</p>

14、<p>　　五、實驗設(shè)計制作及調(diào)試</p><p><b>　?、伲O(shè)計制作過程：</b></p><p>　　該電路連接共分為兩部分：第一部分為矩形波產(chǎn)生電路；第二部分為鋸齒波產(chǎn)生電路。</p><p>　　矩形波產(chǎn)生電路：用三個與非門通過RC反饋電路產(chǎn)生穩(wěn)定的方波，根據(jù)題目已知的周期計算出所選用的R,C；第三個與非門輸出端通過

15、電阻和電容與第四個與非門的輸入端連接，當(dāng)?shù)谌齻€與非門輸出端為高電平時，通過兩電阻并聯(lián)對電容充電，充電時間取決于并聯(lián)電阻與電容的阻值，由于二極管的單向?qū)щ娦?，放電回路時間常數(shù)大于充電時間常數(shù)，所以電容放電時間較長，第三個與非門輸出電壓降低到第四個與非門輸入低電平門限電壓所需的時間就比較長，因此改變可以改變電容的充放電時間，從而調(diào)節(jié)第四個與非門輸出的高電平的時間（矩形波的占空比）。</p><p>　　鋸齒波產(chǎn)生電路

16、：輸入端為占空比可調(diào)的矩形波，高電平時可使9013截止，電源對電容充電，積分電路產(chǎn)生鋸齒波，同時由于C4遠(yuǎn)大于C3，所以C4放電時間遠(yuǎn)大于C3，認(rèn)為C4上的電壓保持恒值，第二個三極管構(gòu)成一個射級跟隨器，所以基極和射極的電壓相等。這樣C4兩端的電壓就是電位器R8兩端的電壓，因此電位器R8兩端的電壓保持不變，就保證了電容上的充電電流不變，由知，電壓上升過程為斜率不變的直線。</p><p>　　電源通過R8對電容充電

17、，此段時間為積分時間，積分時間的長短取決于矩形波低電平的時間，因此通過調(diào)節(jié)R7的接入的電阻值就可以改變鋸齒波的積分時間。調(diào)節(jié)R8就可以調(diào)節(jié)輸出鋸齒波的幅值。</p><p>　?、冢畬嶒炛谱骷罢{(diào)試：</p><p>　　在實驗室連接時我們把這兩部分分開連接并測試，最后將兩部分分開連接并測試，得到最終的鋸齒波波形。主要原因是這樣連接電路較簡單，出現(xiàn)問題可以及時查找原因進行改正。 連接過程中第

18、一部分，調(diào)節(jié)RC的值R1=4.8K，C1=470u，得周期為4.96ms5ms。第二部分調(diào)節(jié)過程出現(xiàn)的問題主要是：鋸齒波的線性度和幅值問題，在老師的指導(dǎo)下，我們采用自舉電路產(chǎn)生線性度好的鋸齒波，在保證線性度非常好的前提下適當(dāng)調(diào)節(jié)R7使鋸齒波峰值大于10V。</p><p>　　六、設(shè)計中遇到的問題及解決辦法</p><p>　　在整個設(shè)計過程中，我也遇到了一些問題。</p>

19、<p>　　仿真過程中，先使用的是multisim11.0版本，原件庫里沒有 9013.</p><p>　　解決辦法：上網(wǎng)查找了和9013特性相近的原件2N2222來代替9013進行仿真。 后來用multisim10.0 找到9013仿真，結(jié)果幾乎沒有差別。</p><p>　　在面包板上插電路的時候，第一次由于元件的布局不合理，還有導(dǎo)線的長度也選擇不當(dāng)，是的整個查出的電路顯得

20、很亂，出來的矩形波也是錯誤的。</p><p>　　解決辦法：重新布局，將鋸齒波電路和矩形波發(fā)生電路分成兩片區(qū)域，這樣方便查電路，電路看起來也整齊。</p><p>　　電路連接完成后，可以看到由第三個與非門輸出的矩形波，可是9013輸不出鋸齒波。</p><p>　　解決辦法：用萬用表一點一點測點位。之后查出是接地問題。因為采用的是全板公用一個地，用面包板上豎排的

21、五組孔作為地?？墒前l(fā)現(xiàn)，上電后五孔中電位不一樣。用導(dǎo)線將電位連低，波形正確出現(xiàn)。</p><p><b>　　七、總結(jié)及感想</b></p><p>　　通過本次的電子測量課程設(shè)計，我掌握了PROTEL軟件的應(yīng)用，學(xué)會了用該軟件畫PCB。體會了模塊化的設(shè)計理念，整個過程中，我的動手能力得到了很大的提高，本次的課程設(shè)計電路并不復(fù)雜，功能也相對簡單。</p>

22、<p>　　首先，我上網(wǎng)查找到產(chǎn)生鋸齒波的原理。之后，找到了所使用的原件4011B,還有9013的原件資料，了解了各個元件的基本知識。然后，根據(jù)題目的要求，分塊設(shè)計了矩形波產(chǎn)生電路和鋸齒波發(fā)生電路。最后，在multisim中進行了仿真。在確定仿真正確的前提下，將整個電路分模塊搭接出來，逐步完善功能。在應(yīng)用面包板的工程中，我明白了合理的布局對整個電路連接的重要性，經(jīng)過了三次的重插面包板，終于在示波器上看到了期待已久的波形。&l

23、t;/p><p>　　整個設(shè)計結(jié)束，我感觸最深的有兩點：一是萬用表是個好東西。設(shè)計過程中，我們多次出現(xiàn)電路連接沒文帝出不了波形。利用萬用表測出不同點的電位，與理想的電位相比較。這樣就找出了具體是哪一點除了問題。調(diào)試中我們還遇到，電位器不管怎么調(diào)，波形的占空比和幅值都沒有變化。利用萬用表測電阻。10K的電位器測得電阻顯示無窮大。原來是電位器被擰太多轉(zhuǎn)，擰壞了。更換了電位器，占空比和幅值都可以調(diào)整了。沒有萬用表，幾乎是想