锯齿波信号发生器课程设计报告

锯齿波信号发生器的设计

技术指标要求： 频率f=500Hz ，V p-p =10V 。 该课题的内容： （一）原理结构说明

一、滞回比较器

在单限比较器中，输入电压在阈值电压附近的任何微小变化，R

都将引起输出电压的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因此也就具有一定抗干扰能力。从反相输入端输入的滞回比较器电路如图(a)所示，滞回比较器电路中引入了正反馈。

(b)电压传输特性

从集成运放输出端的限幅电路可以看出，uo =±U Z 。集成运放反相输入端电位u N =u I ，同相输入端电位

根据“虚短”u N =u P ，求出的u I 就是阈值电压，因此得出

U Z

U Z

R 1+R 2

u P = R 1

U Z ±U T = ± R 1

当u I<-U T，u N+U T，uo=-U Z。

当u I>+U T，u N>u P，因而uo=-U Z，所以u P=-U T。u I<-U T，uo=+U Z。

可见，uo从+U Z跃变为-U Z和uo从-U Z跃变为+U Z的阈值电压是不同的，电压传输特性如图(b)所示。

在我们所设计的锯齿波发生器中，滞回比较器由运放U1和电阻

Rb,R1,R4所组成。

通过由稳压管D1,D2和限流电阻R3构成的输出限幅电路，从而输出方波波

形。

其中调节电阻Rb,R1可改变锯齿波的幅值和一定范围的频率。调节滞回

比较器的稳幅输出D1,D2值，可调整方波输出幅值，可改变积分时间，从

而在一定范围内改变锯齿波的频率。

二、积分电路

如图所示的积分运算电路中，由于集成运放的同相输入端通过R’接

地，u N=u P=0，为“虚地”。

电路中电容C的电流等于流过电

阻R的电流

输出电压与电容上电压的关系为 u o=-u c

而电容上电压等于其电流的积分，故

在求解t1到t2时间段的积分值时

式中为积分起始时刻的输出电压，即积分运算的起始值，积分的终值是t2时刻的输出电压。

当u I为常量时，输出电压

当输入为方波时，则输出电压波为三角波。若改变占空比，即能得到我们所要的锯齿波波形。

在我们所设计的锯齿波中，积分电路由运放U2和电阻R2，电容C1所构成。调节R2,C1可以改变频率，从而得到我们所要的效果。

三、充放电控制电路

充放电控制电路为正反向二极管和电位器的组合，使得充、放电时间不同，即可得到占空比可调的波形发生器。

在我们所设计的锯齿波中，通过调节电位器Rw来调整充放电时间常数，从而实现左锯齿波发生器和右锯齿波发生器。

四、运算放大器和uA741的原理功能以及应用

uA741通用高增益运算通用放大器,早些年最常用的运放之一.应用

非常广泛, 双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压±22V,差分电压±30V,输入电压±18V,允许功耗500mW.其管脚与OP07（超低失调精密运放）完全一样，可以代换的其他运放有uA741,uA709,LM301,LM308, LF356,OP07，op37,max427等， uA74通用放大器,性能不是很好,但满足一般需求。

下面给出这一系列产品的引脚图

uA741芯片引脚和工作说明：

1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源8空脚

内部结构说明：

(1)集成电路分为输入级、偏置电路、中间级和输出级。

输入级：提供与输出端成同相关系和反向关系的两个输入端。往往是一个双端输入的高性能差分放大电路。

偏置电路：提供各级静态工作电流。

中间级：提供较高的电压放大倍数。多采用共射（共源）放大倍数。

输出级：提供一定的电压和电流放大倍数。多采用互补输出电路。(2)内部电阻三极管等器件分布结构。

T8、T9组成的镜像电流源为差动输入级提供偏置电流。

T1和T2、T3、T4管组成共集共基复合差动输入电路。

T5、T6和T7及R1、R2、R3组成具有基极补偿作用的镜像电流源，作为差动输入级的有源负载，可以提高输入级的增益。

T12、R5、T11构成主偏置电路。

T10和T11、R4构成微电流源，通过T8、T9组成的镜像电流源为差动输入级提供偏置电流。

T13集电极有源负载。

T16和T17、R6、R7组成中间电压放大级，T16和T17是复合管，其输入电阻很高，对前级影响小。

T14和T12组成互补对称输出级，T18，T19和R8为其提供静态偏置以克服交越失真。T15、R9保护T14管在正相电流过大时不致烧坏。T21、T22、T23、T24管和R10保护T20.，在反相电流过大时不致烧坏。

（二）设计框图

（三）电路仿真及问题处理

一、仿真设置及波形图

整个电路由运放U1和电阻Rb,R1,R4构成正相输入的滞回比较器，稳压管D1,D2和限流电阻R3构成的输出限幅电路，输出信号经充放电控制电路，改变充放电时间常数，调节占空比，后输出占空比不同的方波信号，再经积分电路后形成锯齿波信号。而锯齿波类似三角波又作为输入信号，为滞回比较器提供输入源。

锯齿波信号发生器电路图

完成电路后对电路进行Bias Point Detail（偏置工作点分析）和Transfer Function（瞬态分析设置）设置。点击Setup Analysis（分析设置）。在我们所要的参数前面挑勾。

模拟仿真参数设置如下图

瞬态分析设置必须输入Print Step（输出时间步长）和Final Time（分析终止时间），后两个可不填。点击OK

Transfer Function（瞬态分析设置）如下图