北京工业大学电子实验报告 压控阶梯波发生器(数字类)

北京工业大学

课程设计报告

学院电子信息与控制工程

专业

班级组号

题目1、压控阶梯波发生器

2、基于运放的信号发生器设计姓名

学号

指导老师

成绩

年月日

压控阶梯波发生器（数字类）（一）设计任务

在规定时间内设计并调试一个由电压控制的阶梯波发生器。

（二）设计要求

1、输出阶梯波的频率能被输入直流电压所控制，频率控制范围为600Hz至1000Hz。

2、输出阶梯波的台阶级数为10级，且比例相等。

3、输出阶梯波的电压为1V/级。

4、输入控制电压的范围0.5V至0.6V。

5、电路结构简单，所用元器件尽量少，成本低。

（三）调试要求

利用实验室设备和指定器件进行设计、组装和调试，达到设计要求，写出总结报告。

（四）方案选择

在压频转换部分存在两种方案。

1、Lm358组成压频转换电路；

2、NE555构成压频转换电路。

方案论证

数字电路精确度较高、有较强的稳定性、可靠性和抗干扰能力强，数字系统的特性不易随使用条件变化而变化，尤其使用了大规模的继承芯片，使设备简化，进一步提高了系统的稳定性和可靠性，在计算精度方面，模拟系统是不能和数字系统相比拟的。数字系统有算术运算能力和逻辑运算能力，电路结构简单，便于制造和大规模集成，可进行逻辑推理和逻辑判断；具有高度的规范性，对电路参数要求不严，功能强大。为了得到更精彩的波形采用数模混合方案。

（五）实验元器件和芯片

运算放大器Lm358，TTL电路74LS20、74LS161、74LS175，CMOS缓冲器CD4010，稳压管，二极管1N4148，电位器，电容，电阻。

（六）设计方案

整体设计思路：

压频转换→计数器→权电阻→运放=>阶梯波

利用Lm358组成压频转换电路；使用CD4010缓冲，形成可被数字电路识别的矩形波信号；74LS161与74LS20组合构成十进制计数器；利用74LS175提高负载、整流信号，并组成权电阻网络；最后利用运放放大信号，并输出。仿真电路图：

详细设计： 压频转换部分：

V1 2 V C11uF

R1

100kΩ

R25kΩ

R31kΩ

R4100kΩ

R5100kΩU1

74LS161N

QA 14QB 13QC 12QD 11RCO 15A 3B 4C 5D 6ENP 7ENT 10~LOAD 9~CLR 1CLK

2

U274LS175D

1D 4CLK 91Q 2~CLR 12D 53D 124D 13~1Q 3~2Q 63Q 10~3Q 112Q 74Q 15

~4Q

14

U3A

74LS20D

5

U4A

LM358D

3

2

4

8

1

U5A

LM358D 3

2

4

8

1

U6A

LM358D

3

2

4

8

1

34U7A

40106BD_5V

6

R6

100kΩ

Key=A 50%GND

VDD 15V VDD 15V VEE

-15V

VEE -15V

VEE -15V

VDD

15V VEE VEE

VDD

VDD

R71kΩ

VCC 5V R81kΩ

R92kΩR10

4kΩR118kΩR122kΩKey=A 50%R13

2kΩKey=A 50%R14

2kΩKey=A 50%

R152kΩKey=A

50%171819

202122

2324

VEE VDD

R161kΩ0

R17680Ω

27

R18

2kΩ

26

XSC1

A

B

Ext Trig

+

+

_

_

+

_

1211D11N414810

98

30

7

29VCC

GND D2

1N5758

15

25

1

2

28

压频转换将一定的输入电压按线性的比例关系转化成频率信号，当输入电压变化时，输出频率也相应变化。其输出时矩形波。 上图采用的是电荷平衡式压频转换电路，该部分有积分器和滞回比较器组成。滞回比较器的阈值电压为：±U T =±·U Z

在波形图的t

2时段，U

O1

是对U

I

的线性积分，起始值记作+U

T

，终值记作

-U

T ，因而t

2

应满足-UT=，解得，当R

1

>>R

2

时，

振荡周期T≈t

2

，故振荡频率受控于输入电压：。

Lm358芯片信息：

Wide Supply Range:

− Single Supply . . . 3 V to 32 V

(26 V for LM2904)

− or Dual Supplies . . . 1.5 V to 16 V

(13 V for LM2904)

Low Supply-Current Drain, Independent of

Supply Voltage . . . 0.7 mA Typ

Common-Mode Input Voltage Range

Includes Ground, Allowing Direct Sensing

Near Ground

Low Input Bias and Offset Parameters:

− Input Offset Voltage . . . 3 mV Typ

A Versions . . . 2 mV Typ

− Input Offset Current . . . 2 nA Typ

− Input Bias Current . . . 20 nA Typ

A Versions . . . 15 nA Typ

Differential Input Voltage Range Equal to

Maximum-Rated Supply Voltage . . . 32 V

(26 V for LM2904)

Open-Loop Differential Voltage

Amplification . . . 100 V/mV Typ

Internal Frequency Compensation