鋸齒波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)與選擇

田嘉琛

（西安工程大學(xué)電子信息學(xué)院，西安 710600）

鋸齒波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)與選擇

田嘉琛

（西安工程大學(xué)電子信息學(xué)院，西安 710600）

由于限流電阻和二極管死區(qū)電壓等多方面因素的作用和影響，造成鋸齒波的輸出不穩(wěn)定，因此有必要對(duì)鋸齒波產(chǎn)生電路的電路結(jié)構(gòu)和器件進(jìn)行再構(gòu)造和選擇，本文對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)分析與論述。

鋸齒波電路；輸出波形；遲滯比較器；積分電路

0 引言

由于限流電阻和二極管死區(qū)電壓等因素的作用和影響，造成鋸齒波的輸出不穩(wěn)定，需要對(duì)鋸齒波產(chǎn)生電路的電路結(jié)構(gòu)和器件進(jìn)行必要的測(cè)試，選擇輸出頻率f=1000Hz、幅度＞3V且線性良好的鋸齒波形、輸出波的上升時(shí)間遠(yuǎn)大于下降時(shí)間、運(yùn)算放大器采用UΑ741、電源電壓Vtt=±12V，其余器件參數(shù)自定。在測(cè)試中要求調(diào)節(jié)電路輸出鋸齒波，用示波器觀察波形、頻率、幅度、拍照記錄，同時(shí)用示波器觀察鋸齒波及其對(duì)應(yīng)的方波信號(hào)，測(cè)量頻率、幅度、拍照并記錄波形。

1 方案的選擇及論證

要產(chǎn)生一個(gè)線性良好的，上升時(shí)間遠(yuǎn)大于下降時(shí)間的鋸齒波。

要考慮產(chǎn)生線性波形。首先可以考慮積分電路，積分電路的電容可近似認(rèn)為是恒流充電，所以輸出波形V0可以認(rèn)為與時(shí)間t成正比，輸出波形是線性的；同時(shí)，積分電路的輸入波為方波時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生線性輸出波形；在時(shí)間上，要求充電時(shí)間遠(yuǎn)大于放電時(shí)間，也就是波形的上升時(shí)間遠(yuǎn)大于上升時(shí)間。這里涉及到電容的充放電問題，假如上升下降時(shí)間不同，則需要不同的時(shí)間常數(shù)t，加入電阻和二極管后，便可組成充放電時(shí)間不等的積分器；同時(shí)需要同相輸入遲滯比較器輸出方波信號(hào)。根據(jù)所選的方案發(fā)現(xiàn)，其主要區(qū)別如下：

（1） 用R13、RW2、Dz1組成一個(gè)雙向電阻值不同的電路，積分器在工作過程中正向充電與反向充電的時(shí)間常數(shù)不一樣，三角視上升斜率與下降斜率大小不同，造成方波的占空比不同。

（2）在穩(wěn)壓管輸出和積分器之間加入穩(wěn)放大器，可以通過調(diào)節(jié)RW1調(diào)節(jié)積分器輸入電壓的大小，進(jìn)而改變積分器輸出電壓變化斜率，造成波形的頻率變化，這樣，UO1產(chǎn)生方波，產(chǎn)生三角波，這兩個(gè)波形的頻率相同，占空比相同。

（3）由于中間引入了反向放大，在Α1的輸入端接法與所選方案一致。

綜上所述：二極管D的作用使得充放電時(shí)間常數(shù)不同，相對(duì)方案二來說，方案一的接法更加簡(jiǎn)明，原理更加簡(jiǎn)明扼要，需要的器材也相對(duì)簡(jiǎn)明扼要，同時(shí)方案二比方案一多了一級(jí)電路，方案二中的電路更不穩(wěn)定。

2 單元電路設(shè)計(jì)與計(jì)算

（1）單元電路原理分析及元器件的參數(shù)計(jì)算。根據(jù)題目要求，鋸齒波f=1000HZ、Vom ＞3V、上升時(shí)間遠(yuǎn)大于下降時(shí)間。由公式T=2R4R5C（R4+2R5）/R2（R5+R6）=1KHz，T1=2R1R4C/R2＞＞T2=2R1（R4//R5）C/R2得：R6＞＞R5。由C=1μf、T=0.001s，又因V＞3， 則R1=R2=50KΩ。

（2）原理分析。電路的第一級(jí)電路采用了同相端輸入器遲滯比較器，由于遲滯比較器的抗干擾能力比較好，故輸出的方波波形比較穩(wěn)定，當(dāng)比較器的輸入電壓Vid=0時(shí)，則因反向端虛地，則可以得到Vp=0，然后求出高門坎電壓Vt與低門坎電壓Vt，進(jìn)而可以求出輸出的方波波形。電路的第二級(jí)電路采用充放電時(shí)間不等的耦合電路，時(shí)間常數(shù)的不同是由于電阻的不同導(dǎo)致的，二極管的通斷導(dǎo)致了電壓的變化，進(jìn)而改變了時(shí)間常數(shù)t。在方案電路中，由于二極管D的通斷，導(dǎo)致電阻發(fā)生變化，D導(dǎo)通時(shí)的電阻為R4/R5，D截止時(shí)電阻則變?yōu)镽5，D導(dǎo)通時(shí)的充電時(shí)間（時(shí)間常數(shù)）T1=（R4/R5）C， D截止時(shí)的充電時(shí)間（時(shí)間常數(shù)）T2=R5C，又因?yàn)镽5?R6，則在積分電路中的電容的充放電時(shí)間便不同，從而鋸齒波的上升與下降時(shí)間便會(huì)相差很大，可以滿足鋸齒波上升時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于下降時(shí)間。

同時(shí)在同相遲滯比較器的輸出端，安裝的兩個(gè)穩(wěn)壓管為3.3V的穩(wěn)定管，電源電壓為12V，可以擊穿穩(wěn)壓管，保證輸出穩(wěn)定良好，同時(shí)還不會(huì)出現(xiàn)未擊穿情況下方波出現(xiàn)的失真狀態(tài)，穩(wěn)定輸出的方波輸入至下一級(jí)的積分電路中，可以使輸出的鋸齒波波形穩(wěn)定而且沒有失真。

3 安裝與測(cè)試

（1）在連接電路時(shí)，開始選擇的限流電阻同相遲滯比較器的輸出端無信號(hào)輸出，原因是因?yàn)橄蘖麟娮鑼㈦妷悍肿叩倪^多，從而導(dǎo)致輸出電壓輻值小，無法將穩(wěn)壓管反向擊穿，因穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)，繼而輸出電壓波形出現(xiàn)失真。

解決方案：經(jīng)過計(jì)算，將限流電阻調(diào)至500Ω，使輸出波形有較好的圖紋，又不會(huì)出現(xiàn)十分嚴(yán)重的失真，同時(shí)，500Ω大小的限流電阻便可很好的限制電流的增長(zhǎng)，有效減少了放大電流過大致使電源電路燒壞的問題。

（2）在積分電路中，由于二極管D正向?qū)〞r(shí)需要一定的正向電壓，因此D的門坎電壓U1會(huì)導(dǎo)致鋸齒波的波形出現(xiàn)問題，使得線性區(qū)的波形的線性性質(zhì)不是特別好。

解決方案：Α）選擇死區(qū)電壓U1較小的二極管，一般鍺管的管壓降和死區(qū)電壓要比硅管小，因此材料選擇很重要。B）將方案一電路中積分電路里的D個(gè)電阻R4、R5的阻值差距調(diào)大，將于二極管D初連的電阻R5調(diào)小，將R4值調(diào)大，死區(qū)電壓的影響便非常小了。C）電容的大小程度對(duì)輸出的鋸齒波波形產(chǎn)生影響，電容C 的大小會(huì)影響充放電時(shí)間，從而對(duì)波形的上升和下降時(shí)間產(chǎn)生影響。

4 性能測(cè)試與分析

（1）測(cè)試記錄波形與數(shù)據(jù)：頻率f、方波數(shù)據(jù)、鋸齒波數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)整理和結(jié)果分析：由V=R1/R2 V2=3.3V 得：實(shí)測(cè)Vom=41V＞U理論，理論計(jì)算T上升=5，理論略大于實(shí)際；T下降= 2R（R4//R5）C/R2=203，實(shí)際測(cè)得T下降=196US，則T理論下降＞T實(shí)際下降。

5 體會(huì)與心得

本次設(shè)計(jì)由遲滯比較器電路和積分器電路組成，在設(shè)計(jì)過程中不僅要考慮到電路的簡(jiǎn)單性和元器件的可用性，還得考慮到各個(gè)器件所能夠承受的電壓值。在仿真過程中，兩端電路的連線必須準(zhǔn)確無誤，各器件的串并聯(lián)，甚至正負(fù)極方向更是不能出錯(cuò)，雖然極易出現(xiàn)電容爆炸和電阻燒毀等危險(xiǎn)事件，時(shí)間的限制，同時(shí)加上考慮元器件布局時(shí)不夠全面，細(xì)致，使得接線變得十分復(fù)雜。

在連線的過程中時(shí)常會(huì)有多處導(dǎo)線交錯(cuò)，極易出現(xiàn)失誤。在后面的設(shè)計(jì)操作中，我們有時(shí)對(duì)元器件進(jìn)行了更換，但替代的元器件可能不會(huì)起到初始設(shè)置所用器件的作用。

［1］康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.高等教育出版社，2005.

［2］康科峰.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程［S］.西北工業(yè)大學(xué)出版社，2013.

［3］楊栓科.模擬電子基礎(chǔ)［M］.高等教育出版社，2010.

［4］張鋒，楊建國(guó).模擬電子基礎(chǔ)指導(dǎo)書［M］.西安交通大學(xué)出版社.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.116