阶梯波发生电路的设计
阶梯波设计报告
阶梯波设计报告大山威通信小学期课程设计姓名：学号：专业班级：一、题目：阶梯波的设计二、要求：频率可调，阶数可调的阶梯波发生器，在Multisim 中进行仿真。
三、总体设计设计思路： 1.电路总体由时钟信号发生器，计数器和D/A 转换器组成电路。
2.时钟信号发生器的信号频率可调，可采用555构成的多谐振荡器。
3.计数器的进制数决定阶梯波得阶数，所以可采用有置数能的同步加法计数器74163来设计N （这里N 取0-15）进制计数器，并且可以通过置数功能改变计数器的进制数。
4.D/A 转换器将计数器的输出值转换为模拟电压。
四、具体设计电路1、分析:多谐振荡器是一种自激振荡电路，当电路接好之后，只要接通电源，在其输出端便可获得矩形脉冲，而多谐振荡器的振荡周期T=0.7（R1+2R2）C,振荡频率f=1/T=，故频率可调可以采用接入可调电阻的方式实现。
所以时钟信号发生器可以采用555构成的多谐振荡器。
将555构成的多谐振荡器输出的信号与示波器1相接观察波形是否准确。
由555多谐振荡器构成的频率可调的时钟信号发生器电路：U1LMC555CHGND 1DIS7OUT3RST 4VCC8THR6CON5TRI2VCC5VR15kΩR35kΩKey=A100%VCC1C11uF C21uF32XSC1A BExt Trig++__+_13N 进制计数器 （本设计采用的是74163）时钟信号发生器 （f 可调）可采用555构成的多谢振荡器D/A 转换器（将数字信号转换成模拟信号）N阶阶梯波通过调节可调电阻可以改变时钟信号的频率，下图为示波器1输出的两种频率不同的时钟信号波形图：.2、分析：计数器的进制数决定阶梯波得阶梯数，可以用74163同步置数法实现N（0-15）进制计数器，通过单刀双掷开关来置数实现调节计数器的进制数，其中地代表逻辑低电平0，5V vcc代表逻辑高电平1。
ENT和ENP和CLR接逻辑高电平1,CLK接来自555多谐振荡器的时钟信号，QA、QB、QC、QD通过与非门与LOAD相接用同步置数法实现相应的进制计数器。
阶梯波发生器实验报告
实验题目：阶梯波发生器的设计与实现制作人：许江华班级：09211107学号：09210190班内序号：09一、实验目的（1）通过实验进一步掌握集成运放哥电压比较器的应用（2）进一步提高工程设计和实践动手能力，建立系统概念一、实验原理图二、实验内容1、利用所给器件设计一个阶梯波发生器，f>=500Hz,Uopp>=3V,阶梯数N=6；2、设计该电路的电源电路（不要求搭建），用Protel软件绘制完整的电路原理图（SCH）即印刷电路板图（PCB）。
三、实验所用仪器1.函数信号发生器2.示波器3.晶体管毫伏表4.万用表5.直流稳压电源四、实验可选器件LM741，电位器，二极管，电阻，电容等五、实验过程（一）方波发生器1）方波发生器电路图各个器件的作用：Rf1的作用为：调节阶梯波的阶梯数Rp1的作用：调节方波的周期，相当于调节阶梯波的周期（二）积分电路积分电路原理图：（三）迟滞电压比较器迟滞电压比较器的原理图：R1的作用：调节比较电压的大小，起到了调幅的作用（四）阶梯形成控制门阶梯形成控制门的原理图：（五）阶梯返回控制门六．电路原理图分析阶梯波发生器电路图：实验原理分析：该电路的组成之前已经介绍过。
现在分析实验原理：由于方波发生器的同向输入端接的是一个正参考电压，，输出所以是负脉冲。
在负脉冲持续时间内，二极管D2导通，积分器U3对负脉冲积分，其输出电压上升。
负脉冲消失之后，D1截止，积分器输入，输出电位保持不变，则形成一个台阶，积分器U3的输出的阶梯波就是迟滞比较器U1的输入，则改制每增加一个台阶，U1的输入电压增加一个值。
在台阶级数较少的时候，U1的同向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的同向输入端电压高于参考电压，U1的输出跳变成高电压，D2导通，积分器进入正电压积分，使U3输出电位下降明知道U3输出电压降至迟滞电压比较器的下门限电压时，U1输出才又恢复地电位D2截止，完成一个周期。
12.2阶梯波发生器电路
R7 U C 1 f = ⋅ ⋅ 2( R3 + RP1 ) R8 U 0 m
式中Uom为LM311最大输出电压，约为13V。 由上式可知，若要改变阶梯波的频率，可通过调 节压控振荡器的频率来实现。
对阶梯波幅值的要求可通过调节RP2来实现。 对阶梯波台阶的要求可通过改变74LS90的计 数状态来实现。 本例运放A1D、A1C输出电压随计数器74LS90 状态转换如表12.2.1 所示。
表12.2.1 运放U4D、U4C输出电压 随计数器74LS90状态转化表 74LS90 QD 0 0 0 0 1 QC 0 0 1 1 0 QB 0 1 0 1 0 A1D输出 A1D(V) 0 -1.25 -2.5 -3.75 -5.0 A1C输出 A1C(V) 0 2 4 6 8
电路仿真结果如图12.2.3所示。
12.2 阶梯波发生器电路
该电路产生5个台阶的阶梯波电路，电路 由电压跟随器、压控振荡器、五进制计数器、 缓冲器、反相求和电路及反相器组成，其框图 如图12.2.1所示。
12.2.原理电路如图12.2.2所示。
图12.2.2 阶梯波发生器原理电路
压控振荡器的频率
图12.2.3 5个台阶的阶梯波仿真图
利用六进制触发器的阶梯波发生器的设计与实现
利用六进制触发器的阶梯波发生器的设计与实现首先，让我们清楚地定义一下要解决的问题。
我们想设计一个利用六进制（十六进制）触发器的阶梯波发生器。
在这种情况下，我们通常指的是一种可以生成一系列电平（在这种情况下，有16个可能的电平）的电路。
这种电平逐渐上升，直到达到最大值，然后又返回最小值，形成一种阶梯波形。
在数字电路设计中，这通常是用一个计数器实现的，该计数器可以连续计数，然后在达到最大值时回到零。
对于此任务，我们可以使用集成电路（IC）如74HC193。
74HC193 是一个四位二进制可上下计数器，由四个翻转触发器和相应的控制电路组成，可以在正脉冲或负脉冲到来时进行加一或减一操作。
这是一个基本的电路设计，用于生成十六个电平的阶梯波形：1. 首先，将74HC193的四个数据输入（D0，D1，D2和D3）全部接地。
2. 然后，使用一个时钟信号（例如555计时器产生的方波）驱动74HC193的UP计数输入。
3. 当计数器计数到15（十六进制的F）时，用输出Q0至Q3来驱动一个四位到十六线优先编码器（如74HC154）。
这样，每一个计数都会产生一条选通线（Y0到Y15）。
4. 然后，将这些选通线连接到一个电阻分压器网络，以生成不同的电平。
例如，可以将电阻与VCC和地线之间连接，然后在每个连接点取电压。
这样，每次选通线激活时，都会在输出端得到不同的电压。
5. 这个电压就是你的阶梯波形。
当计数器达到最大计数值（十六进制的F）时，它将自动复位为0，并开始新的计数周期，从而生成一个重复的阶梯波形。
请注意，此设计仅是一种可能的实现方式。
具体的电路设计可能会根据你的具体需求而有所不同，包括所需的电压范围、阶梯的数量、步进速度等因素。
根据你的需求，我会假设你可能需要一些具体的步骤来创建这个电路。
下面是一些详细步骤：1. 获取所需的组件: 你需要一块面包板，一片74HC193 IC，一个555计时器IC，一片74HC154 IC，各种电阻器，一些跳线，一个电源和一个示波器或多用表以检查输出。
阶梯波发生电路的设计
阶梯波发生电路的设计一、实验目的1、掌握阶梯波发生器电路的结构特点。
2、掌握阶梯波发生器电路的工作原理。
3、学习复杂的集成运算放大器电路的设计。
二、实验要求1、设计一个能产生周期性阶梯波的电路，要求阶梯波周期在20ms左右，输出电压范围10V，阶梯个数5个。
(注意：电路中均采用模拟、真实器件，不可以选用计数器、555定时器、D/A转换器等数字器件，也不可选用虚拟器件。
)2、对电路进行分段测试和调节，直至输出合适的阶梯波。
3、改变电路元器件参数，观察输出波形的变化，确定影响阶梯波电压范围和周期的元器件。
三、实验原理1、阶梯波发生器原理要设计阶梯波发生电路，首先要设计好方波发生电路，然后通过微分电路，这是会得到上下均有尖脉冲的波形。
这是要只取上面的尖脉冲，就需通过限幅电路滤除下半部分的波形。
当这些脉冲经过积分累加电路时，一个尖脉冲累加为一个固定的值，下一个脉冲到来时又会增加同样的一个值，于是输出形成了阶梯波形。
当累加结果没有超过比较器的阈值时，会一直累加下去。
而达到门限后，比较器输出电压翻转，输出正电压使振荡控制电路工作，使方波停振，同时积分电容对地短路放电，电容器恢复起始状态累加结束。
而在电容放电之后，积分器输出由负值向零跳变，使比较器又一次翻转，振荡电路不能工作，比较器输出变为负图3.01 阶梯波发生原理框图2、实验原理图图3.02 阶梯波原理图四、实验过程1、电路设计（1）方波发生电路设计设计电路如图3.03所示，从图3.04所示的示波器中可读出方波的周期为3.774ms。
图3.03 方波发生电路图3.04 方波波形（2）微分电路设计在图3.03所示的方波发生电路的输出端接电阻R5和电容C2即可组成图3.05所示的微分电路，示波器所得的输出波形见图3.06的尖脉冲波形。
图3.05 方波发生电路+微分电路图3.06 方波微分后波形（3）限幅电路设计限幅电路的作用是将负半周期的尖脉冲滤除掉。
可利用二极管的单向导电性来进行限幅，电路如图3.07所示。
哈工大模电自主设计实验——阶梯波发生电路的设计与分析
姓名 班级 学号 实验日期 节次 教师签字 成绩阶梯波发生电路的设计与分析1.实验目的1、掌握阶梯波发生器电路的结构特点。
2、掌握阶梯波发生器电路的工作原理。
3、学习如何用Multisim 进行电路仿真。
4、学习复杂的集成运算放大器电路的设计。
2.总体设计方案或技术路线1、要设计阶梯波发生电路，首先要设计一个方波发生电路，然后通过微分电路，会得到上下均有尖脉冲的波形。
这时要只取上面的尖脉冲，就需通过限幅电路滤除下半部分的波形。
当这些脉冲经过积分运算电路时，一个尖脉冲累加为一个固定的值，在没有尖脉冲时，积分器保持输出不变。
下一个脉冲到来时又会增加同样的一个值，于是输出形成了阶梯波形。
2、改变电路元件的参数值，探究其于输出的阶梯波各项指标的关系。
3.实验电路图U1UA741CP3247651VEE-15.0VVCC 15.0VRf 100kΩR42kΩC147nFXSC1ABExt Trig++__+_R130kΩR210kΩD112VD212VC247nFR310kΩR510kΩR610kΩU2UA741CP3247651C347nFD31N4148D41N4148图1阶梯波发生电路4. 仪器设备名称、型号1、运算放大器μA741 2个2、二极管若干3、电阻，电容若干4、导线若干5、数字万用表6、可编程线性直流稳压电源7、Agilent DSO-X2002A 型示波器8、电子技术试验箱9、集成运算放大器应用子板5.理论分析或仿真分析结果1、方波发生电路设计方波发生电路由滞回比较器和RC 电路构成。
滞回比较器引入正反馈，产生振荡，使输出电压仅有高低电平两种状态，且自动相互转换。
RC 电路起延时作用和反馈作用，使电路的输出电压按一定时间间隔在高低电平之间交替变化，形成方波。
电路如图2所示，从图3所示的示波器中可读出方波的周期为4.017ms 。
U1UA741CP3247651VEE-15.0VVCC15.0VRf 100kΩR42kΩC147nFXSC1A BExt Trig++__+_R130kΩR210kΩD112VD212V图2方波发生电路图3方波波形2、微分电路设计在上图所示的方波发生电路的输出端接电阻3R 和电容2C 即可组成图4所示的微分电路，原理与运放组成的微分运算电路相同，这里不再叙述。
简易阶梯信号发生器
简易阶梯信号发生器一设计要求1:设计一个电路，在输出端能产生七个阶梯相同的电压波形如图：2：器件74LS74 2块5K电阻1个10K电阻2个20K电阻1个uA74 1块+5V电源+15V电源-15V电源1KHzCP脉冲源3：画出电路与及接线图4:若取TTL电路UoH=3V,求电压输出范围二设计分析及工作原理设计分析1 74LS74为双D触发器，将2块74LS74级联，可以组成三位二进制异步递减计数器，经级联后可得其驱动方程：D1= Q1，D2=Q2,D3=Q3,其状态方程为：Q=D,Q1=Q1,Q2=Q2,Q3=Q3,由此可列出其真值表如下0001110011100101010111001000111010101100011110002 运算放大器与电阻相连可以组成一个反向求和电路，还要考虑位权的问题，故其输出电压U= 若要是该电路产生7阶阶梯相同的电压，则必须令Q1,Q2,Q3前的系数一致，即，经计算得:Rf=10K,R1=5K,R2=10K,R3=20K,所以输出电压U=其电路连接如上：原理分析:当脉冲信号到来时，由74LS74组成的三位二进制计数器开始工作，且递减输出，将Q1,Q2,Q3分别与反向求和放大电路的R1,R2,R3相连接，构成反向求和电路，输出电压U= ,将输出电压U与示波器相连，即可得到所求波形如下。
3 若取TTL电路UoH=3V,求电压输出范围。
三心得体会通过本次实习，我学到了不少知识，例如刚开始设计这道题时，我不知道该怎样设计，和器件相关的知识点也看了，但始终不确定各部分到底要完成什么功能。
最后，我请教了老师，在老师一步步的指点下，我才却定了各部分器件真正的功能，仔细看了看数电及模电课本，我明白了将74LS74级联可以构成三位二进制递减计数器，为运放提供输入信号。
而设计时最重要的一部分我认为应该是反向求和放大器中电阻的连接，为了输出7个阶梯相同的电压，就必须令输出电压表达式中各系数相等，还要考虑三位二进制计数器各输出端Q值权的问题。
阶梯波发生器的设计与实现
阶梯波发生器的设计与实现摘要:阶梯波是一种具有离散取值特性的波形，本次试验主要使用三个集成运算放大器，分别作为迟滞电压比较器、窄脉冲发生器以及积分器，并利用二极管的单向导电性，来实现阶梯波的产生。
其中，积分器与窄脉冲发生器用于阶梯波的产生,迟滞电压比较器用于控制阶梯波的周期,并可以通过调节电阻的大小控制阶梯波的台阶数与频率。
关键词：阶梯波、集成运算放大器、二极管一、设计目的：1、通过实验进一步掌握集成运放和电压比较器的应用。
2、进一步工程设计和实践动手能力，建立系统概念。
二、设计任务要求：1、基本要求：1）利用所给元器件设计一个阶梯波发生器，f≥500Hz，Uopp≥3V,阶数N=6；2）设计该电路的电源电路（不要际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB）。
2、提高要求：利用基本要求里设计的阶梯波发生器设计一个三极管输出特性测试电路，在示波器上可以观测到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：1）能否提供其他阶梯波发生器的设计方案？如果能提供，请通过仿真或实验结果加以证明；2）探索其他阶梯波发生器的应用实例，给出应用方案。
三、设计思路：窄脉冲发生器U4和积分器U3组成方波三角波发生器，并与阶梯形成控制门二极管D1一起起到产生阶梯波的作用。
在U4的同相输入端输入一个正参考电压，则U4输出为负脉冲，在负脉冲持续的短时间，阶梯形成控制门二极管二极管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，则D1截止，积分器输入输出电位保持不变，则形成一个台阶。
U1构成迟滞电压比较器用于控制周期，以控制累加的台阶数。
台阶级数较少的时候，U1的同相输入端电压比反相输入端的参考电压低，则U1输出低电平，阶梯返回控制门二极管D2截止，台阶持续累加。
随着输入台阶的增加，即输入电压增加，某一时刻比较器输出高电平，D2导通，积分器U3开始正电压积分，则U3的输出电位降低，至U3输出的电压低于迟滞电压比较器的门限电压时，U1恢复输出低电平使D2截止，至此完成阶梯波的一个周期。
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实验三阶梯波发生电路的设计
一、实验目的
1、掌握阶梯波发生器电路的结构特点。
2、掌握阶梯波发生器电路的工作原理。
3、学习复杂的集成运算放大器电路的设计。
二、实验要求
1、设计一个能产生周期性阶梯波的电路，要求阶梯波周期在18ms左右，输出电压
范围10V，阶梯个数5个。
(注意：电路中均采用模拟、真实器件，不可以选用计数器、555定时器、D/A转换器等数字器件，也不可选用虚拟器件。
)
2、对电路进行分段测试和调节，直至输出合适的阶梯波。
3、改变电路元器件参数，观察输出波形的变化，确定影响阶梯波电压范围和周期的
元器件。
三、实验原理
1、阶梯波发生器原理
要设计阶梯波发生电路，首先要设计好方波发生电路，然后通过微分电路，这是会得到上下均有尖脉冲的波形。
这是要只取上面的尖脉冲，就需通过限幅电路滤除下半部分的波形。
当这些脉冲经过积分累加电路时，一个尖脉冲累加为一个固定的值，下一个脉冲到来时又会增加同样的一个值，于是输出形成了阶梯波形。
当累加结果没有超过比较器的阈值时，会一直累加下去。
而达到门限后，比较器输出电压翻转，输出正电压使振荡控制电路工作，使方波停振，同时积分电容对地短路放电，电容器恢复起始状态累加结束。
而在电容放电之后，积分器输出由负值向零跳变，使比较器又一次翻转，振荡电路不能工作，比较器输出变为负
阶梯波发生原理框图
2、实验原理图
阶梯波原理图
四、实验过程
1、电路设计
（1）方波发生电路设计
设计电路如图3.03所示，从图3.04所示的示波器中可读出方波的周期为3.774ms。
方波发生电路
方波波形
（2）微分电路设计
在上图所示的方波发生电路的输出端接电阻R3和电容C2即可组成下图所示的微分电路，示波器所得的输出波形见下下图的尖脉冲波形。
方波发生电路+微分电路
方波微分后波形
（3）限幅电路设计
限幅电路的作用是将负半周期的尖脉冲滤除掉。
可利用二极管的单向导电性来进行限幅，电路如图所示。
示波器显示的单边尖脉冲如图所示。
方波发生电路+微分电路+限幅电路。