模电阶梯波发生器实验报告

电子电路综合 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 实验 实验6 阶梯波发生器的设计与实现 实验报告 实验6 阶梯波发生器的设计与实现 一. 摘要 阶梯波是一种特殊波形，在一些电子设备及仪表中用处极大。本实验电路是由窄脉冲-锯齿波发生器构成。通过将运算放大器的几个典型电路:方波发生器、积分器和迟滞电压比较器，加以改进组合，设计成了阶梯波发生器。实验用两个二极管作为控制门，一个是阶梯波形成控制门，另一个是阶梯波返回控制门，控制阶梯波的周期。调节相应电位器的阻值就能改变阶梯数、阶梯幅值和阶梯周期。 关键字:阶梯波 方波发生器 迟滞电压比较器 积分器 二. 设计任务要求 1. 基本要求 (a) 利用所给元器件设计一个阶梯波发生器，f 500Hz，Uopp V，阶梯N=6。 (b) 设计电路的电源电路(不要求搭建)用PROTEL软件绘制完整的电路原理图。 2. 提高要求 (a)  用PROTEL软件绘制完整的印制版电路图。 (b) 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，在示波器可以观测基极电流为不同值时三极管的输出特性曲线束。 3. 探究环节 (a) 提供其他阶梯波发生器的 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 。 (b) 研究其他阶梯波发生器的应用实例，给出应用 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 4. 实验流程设计 因为第一次做如此大的实验所以感觉毫无头绪，不知从何做起，在和老师和同学交流的过程中，我得知做一个大的设计型实验要有个总体的设计规划，一步步应该怎么进行，每一步的重要性有多大，要花大概多长时间，还有那一部分比较容易出问题，应该怎么合理提前准备，提前避免，等等，都是需要注意的。因此，在开始做实验前，我就做了一个规划图，以保证实验的进程、效率和效果，以下是流程图: 三.设计思路总体结构框图 设计思路 在某些电子设备以及一些仪器仪表中，经常需要某些特殊波形。阶梯波就是其中的一种，这里我们要求大家利用运算放大器的几个典型应用电路加以改进和组合，设计一个阶梯波发生器，其基本工作原理如下: 该电路是由窄脉冲-锯齿波发生器与迟滞电压比较器构成。下图中，运算放大器U1构成迟滞电压比较器，U3为积分器，U4为窄脉冲发生器。两个二极管，其中D1是阶梯形成控制门，D2是阶梯返回控制门。由于U4的同相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，形成一个台阶，积分器U3的输出的阶梯波及时迟滞比较器U1的输入，该值每增加一个值。在台阶级数较少的时候，U1的同相输入端的电位比反相输入端的参考电压低，使U1输出低电平，二极管D2截止。随着台阶级数的增加，当U1的同相输入端电压高于参考电压时，U1的输出跳变至高电平，D2导通，积分器进入正电压积分，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使，U1输出才又恢复低电位D2截止，完成一个周期。 电路原理图 参数设计 电路设计(根据以下 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ): 以上的公式中。T为阶梯波周期，T’为窄脉冲周期，N为阶梯数; 高电平持续时间; 低电平持续时间。 窄脉冲电压幅度，此电路由电源决定。 从公式中可以看到发生器的负脉冲时间要少于正脉冲的时间，为了要使 ，N=6，就需要 ，可以使Ln函数中的值近似的等于1，这样就需要 ，就所有器件的限制以及电容不宜选得过小等诸多因素的多重考虑，可以选择 ，此时 ，满足要求。另外 用来调整高低点平的分配时间的比例，可以取得大一些，这样可以使得Ln的值尽量接近1，这里取 ； 用来实现正相偏压，可以通过它调整脉冲信号的频率， 。 结构框图 四. 分块电路和总体电路的设计及电路图 主要芯片参数及特性 本实验采用的是UA741集成运放，有关UA741的一些典型参数如下 窄脉冲发生器电路设计 T为阶梯波中期，T’为窄脉冲周期，N为阶梯数，T1’高电平持续时间;T2低电平持续时间。Um使窄脉冲电压幅度，此电路中可由电源电压决定(例如11。6V)。Url取6V左右即可，为简化设计T1’和T2’的计算公式中，对数部分我们可以设为1，取 =100KΩ，根据已知的频率f可计算电容C的值。窄脉冲的宽度T2’可用220 KΩ电位器来调节 仿真波形图 积分器电路设计 对负脉冲进行几份的时间常数为 ，每积分一次 获得的电压增量为 欲使0～11V之间有6个阶梯， 应该取1。8V。取 ， 仿真波形图 迟滞电压比较器电路设计 值得注意的是，改电压比较器的参考电压加在反相输入端，在同相输入端加输入信号。根据要求，在一个周期中有6个阶梯，输出电压可以从0V到11V。则上下门限电压可以设为 ， 。参考电压可以用10KΩ电位器调节，或固定电阻分压。为方便电路调节， 可以是一个50KΩ左右固定电阻加上一个22KΩ电位器。 为了使阶梯波返回时间小于一个台阶， 应该小于 ，可以取 为 仿真波形图 三极管特性曲线输出电路设计 根据对输出曲线的描述，横坐标为Uce，纵坐标Ic，由于示波器只能显示出电压，于是这里取R2两端的电压即Ue作为纵坐标，因为 。于是可以将电路图连接成共射放大电路的形式，在基极加入阶梯波，并将Ue接到CH2，在V2端接一个三角波使得Uce不断改变，将其作为CH1，这样利用X-Y显示就可以在示波器上看到相应的波形。 拓展实验总体设计 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，在示波器可以观测到基极电流为不同值时三极管的特征曲线束。 在阶梯波的一个的一个周期内，阶梯波每上升一个周期，相当于改变一次基极电流。对应于不同的基极电流。均有扫描电压。阶梯波电流的周期是电压周期的整数倍。每一个扫描周期，荧光屏上的光点从左到右和从右向左移动一次，描绘出一条曲线。每一个扫描周期结束时，阶梯波上升一级，荧光屏上的光点也相应跳跃一个高度，描绘出第二条曲线。以此类推，所以在示波器上能观察到晶体管输出特性束。(由实验11 简易晶体管图示仪的设计与使用 得到启示) 原理图如下: 五. 所实现功能说明（已完成的基本功能和扩展功能，主要测试数据，必要的测试方法等） 该电路是一个周期、幅度可调的阶梯波发生器， 周期、幅度的调节主要通过电路正的电位器来实现;现将电路中各个电位器的作用说明如下: :该电位器用来调节阶梯波的幅度大小; :该电位器用来调节阶梯波的阶梯数。而在调节的同时，不会改变阶梯波的幅度 :该电位器用来调节阶梯波的周期， 而在调节的同时，不会改变阶梯波的幅度 鉴于各个电位器的功能，在给定的情况下，可以先通过调节 调节阶梯波的幅度，在幅度达到要求的的情况下，再通过调节 、 使周期和阶梯数达到要求即可。 以下是仿真波形图，可以看到产生了实验要求的阶梯波: 实际实验中的波形截图及相关分析: 用面包板搭建的实际电路: 电路板从左到右依次为窄脉冲发生器模块、积分电路模块、电压比较器模块和三极管输出特性曲线模块。电路基本上实现了实验要求里所提到的功能 六. 故障及问题分析 遇到的问题 1.问题一:从阶梯波发生器输出波形可以看出，在阶梯波的上升处并不是严格的上升，而是斜着上升，考虑到这种情况可能是有运算放大器本身的特性造成，但不清楚具体是那个运算放大器产生了失真;理论上可以通过调节电位器 来消除，但在实际实验中所用的电位器是 的，调节范围比较大导致调节精确度比较低，，而且在调节的比较小时，导致电路不稳定，故提出以下三种验证方案: 实验改进 (1)只将运算放大器U1由LM741换成LM318，而电路的其它部分保持不变，观测波形; (2)只将运算放大器U3由LM741换成LM318，而电路的其它部分保持不变，观测波形; (3)只将运算放大器U1由LM741换成LM318，而电路的其它部分保持不变，观测波形; 考虑到运算放大器LM318容易引起自激，所以在换成LM318之后，应该在运算放大器的4，7端各对地并接一只电容来消除自激 通过反复的实验与调测，(3)方案得到了很好的改善。 究其原因，当运算放大器1用LM741时，产生的锯齿波上升沿和下降沿已有明显的失真，直接导致反相积分器的输出产生失真，当运算放大器1用LM318和LM741时，输出的锯齿波有明显差异 2.问题二:搭好电路板后，将输出波形介入示波器，没有阶梯波显示，经检查，发现搭电路的时候，因为电路比较复杂，我没有仔细检查，导致有些元件因为插错了面包板的洞而没有连接上，或者产生连接错误 解决方法:对照电路图仔细检查了一遍，改正了链接错误，并合理布线，阶梯波就出现了 3.问题三:在进行三极管输出特性测试电路的拓展实验时，在示波器观测到基极电流为不同值时三极管的输出特性曲线束的波形很不稳定。 分析及解决: 原因是扫描频率和阶梯波的频率没有完全一致，通过调节电位器改变频率，并且在示波器上将二者频率尽量对比协调一致，使输出 特性曲线束的波形较为稳定 七. 总结和结论 1.实验总结:本次试验是综合设计性实验，要求我们将以前学过的知识都综合运用起来，融会贯通， 设计出具有一定综合功能的电路。我们用过思考、设计和实践，对脉冲波发生器、迟滞电压比较器、积分器的工作原理的理解有了进一步的了解和掌握，对Protel DXP软件的使用有了初步的认识，同时也增加了对模拟电子电路实验的兴趣，真正做到了学以致用。 2.实验结论:此次试验比较复杂，要求我们有耐心，并且善于寻找和改正错误，使我分析和解决问题的能力得到了很大的提高;此外，本次试验还增强了我们的动手能力，尽自己所能将电路板搭建得简单漂亮。 3. 心得体会 决胜全面小康心得体会学党史心得下载党史学习心得下载军训心得免费下载党史学习心得下载 : 为期一年的模电实验课已经到了尾声，回首过去的一年，我付出了不少，也收获了不少。 在上大学之前的实验课，总是我最期盼的，因为不用写预习报告，实验课上老师也不会要求同学必须得测出准确的数据，只是自己随便做，做不出来时老师会给演示一遍，然后再自己做，即使没有做出来也没关系，可以看看别人的实验结果，承认一个结论就可以了。而大学中的实验完全不是这么回事，上课之前必须做好预习工作，复习与实验有关的理论知识，设计好实验电路、电路参数、实验步骤、提前搭好电路、认真写好实验报告，然后就是在实验的过程中，完全靠自己来做，我们实验的目的已经不再是以前的看看结论就行，而是必须测出准确的数据，做好记录，画出观察到的波形，在实验之后对实验中的数据做好仔细的分析，得出正确的结论，而且要对实验中遇到的问题做出正确的分析，写出实验心得体会。确实，大学中的实验和以前的实验相比是截然不同的，大学的实验把主动权交到了学生手里。 回头想想，通过这么长时间的实验，我学会了模电是实验中的一些基本元件，例如面包板、示波器、万用表、晶体管毫伏表、函数信号发生器的使用方法，学会了模电实验中一些实验方法，还有常用元器件如电阻、电容、电感的标称值读数。 作为工科学生，掌握这些东西是必须的，但是我觉得，通过对模电实验课的学习，我得益最大的是学会了一种学习方法，一种对待知识的态度，一种面对问题时钻研的精神。 首先，一年的预习报告让我学会了课前预习的良好学习习惯，以前上课从来不预习，认为课堂上老师讲的时候认真听就行了，但这样难免有时跟不上老师的思路，尤其是在大学里，老师讲一节课讲的东西特别多，当然也就讲的特别快，有时候有的地方没听明白，也不能停下来想，因为这样又会耽误后面的听课。在通过一段时间的预习之后，我发现，我的听课效率得到了很大的提高，因为在课前预习时，简单的东西我都看懂，而且都记住了，这样在听课时就可以将重点放在难点重点上了，课后也就少了自己再捧着书理解的过程，自然节省了时间，学习效率大大提高。 继续阅读