阶梯波形发生器

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）学习复杂的集成电路运算放大电路的设计。 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、阶梯波发生器实验原理

首先由一个方波电路产生方波，其次，经过微分电路输出得到上、下都有的尖脉冲，然后经过限幅电路，只留下所需的正脉冲，再通过积分电路后，因脉冲作用时间很短，积分器输出就是一个负阶梯。对应一个尖脉冲就是一个阶梯，在没有尖脉冲时，积分器的输出不变，在下一个尖脉冲到来时，积分器在原来的基础上进行积分，因此，积分器就起到了积分和累加的作用。当积分累加到比较器的比较电压，比较器翻转，比较器输出正值电压，使振荡控制电路起作用，方波停振。同时，这正值电压使电子开关导通，使积分电容放电，积分器输出对地短路，恢复到起始状态，完成一次阶梯波输出。积分器输出由负值向零跳变的过程，又使比较器发生翻转，比较器输出变为负值，这样振荡控制电路不起作用，方波输出，同时使电子开关截止，积分器进行积分累加，如此循环往复，就形成了一系列阶梯波。 四、分段电路图及原理分析 1.方波发生器：

方波发生器由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。其中，RC既作为延迟环节，又作为反馈网络。方波振荡周期T=2R1C1ln(1+2R4R4)，阈值电压UT=UZ。因R3R4+R3R4可以改变振荡R3此，调整电路中的R4、R3可以改变方波的振荡幅度，调整R1、C1、

周期，其中R1、C1与T成正比关系。

预期目标，方波周期应为2.6ms：

方波发生电路输出波形

所得周期为2.628ms。

2、微分电路

方波发生器电路图的基础上接上R5和C2组成的微分电路就得到尖峰脉冲产生电路。

方波发生电路加微分电路

微分电路输出尖脉冲波形

3、限幅电路：

限幅电路，目的是将负半周的尖脉冲滤除。利用二极管的单向导电性来进行限幅。

方波微分限幅电路

限幅电路输出波形

4、积分累加电路：

用集成运放组成的积分电路实现积分累加。

方波微分限幅积分电路

积分电路输出波形

5、阶梯波发生电路

以上加上电压比较器和控制电路，就组成了完整的阶梯波产生电路。对电路的各个元件数进行调整，从而得到满足要求的阶梯波。（此时的电路部分元件已调整，数值与前面电路有所不同）

阶梯波发生器电路

阶梯波波形

可以读出周期性阶梯波的周期为17.857ms左右，输出电压范围为9.630V，阶梯数5个，满足实验要求。

五、影响阶梯波电压范围和周期的元器件分析 1.方波发生电路中元件的影响分析 （1）R2:

R2为1KΩ时的输出波形: R2为10KΩ时的输出波形:

由此可以看出改变R2后阶梯波周期与阶梯个数都有影响，对于阶梯波电压范围没有影响。阶梯波周期与阶梯个数随着R2增大而增大。

（2）C1与R1

C1为50nF时的输出波形 C1为100nF时的输出波形

R1为60.4KΩ时的输出波形 R1为121KΩ时的输出波形

可以改变C1、R1后阶梯波周期改变，对于阶梯波电压范围与阶梯个数没有影响。阶梯波周期与C1、R1成正比。

R4和R3

R4为28.7KΩ时的输出波形 R4为14.3KΩ时的输出波形

R3为49.9KΩ时的输出波形 R3为100KΩ时的输出波形

可以改变R4、R3后阶梯波周期改变，对于阶梯波电压范围与阶梯个数没有影响。阶梯波周期随着R4增大而增大、R3增大而减小。 由公式T=2R1C1ln(1+（4）稳压管

2R4R3)可知其与周期不成正比关系。

稳压管4V的输出波形 稳压管1N750A的输出波形

2.微分电路中元件的影响分析 （1）C2

C2为50nF时的输出波形 C2为300nF时的输出波形

可知改变C2后阶梯波周期与阶梯个数都有影响，对于阶梯波电压范围没有影响。阶梯波周期与阶梯个数随着C2增大而减小。 （2）R5

R5为1.69KΩ时的输出波形 R5为3KΩ时的输出波形

可知改变R5后阶梯波周期与阶梯个数都有影响，对于阶梯波电压范围没有影响。阶梯波周期与阶梯个数随着R5增大而减小。

3.限幅电路中元件的影响分析

限幅电路仅由二极管构成，改变二极管对阶梯波波形有影响，会影响阶梯波周期与个数。 另限幅电路若加一电阻R6，则也会有影响，但是由于电路中未用，故不做讨论。

二极管为1N914时的波形 二极管为1N5820时的波形 4.积分电路中元件的影响分析 （1）积分电路中电阻R6的影响

R6为15KΩ时的输出波形 R6为30KΩ时的输出波形

可知改变R6后阶梯波周期与阶梯个数都有影响，对于阶梯波电压范围没有影响。阶梯波周期与阶梯个数随着R6增大而增大。

六、分析结论

1.调节电路中那些元器件值可以改变阶梯波的周期？

R2增大而增大、与C1、R1成正比、R4增大而增大、R3增大而减小、C2增大而减

小、R5增大而减小、R6增大而增大、C3增大而增大、R9增大而减小、R8增大而增大、。另二极管、稳压管、场效应管等元件也有影响。 R7减小而减小（增大影响输出）

2.调节电路中那些元器件值可以改变阶梯波的输出电压范围？

R9增大而减小、R8增大而增大、R7减小而减小（增大影响输出）。另二极管、稳压

管、场效应管等元件也有影响。