用分立器件设计电路实现脉冲信号波形课程设计.doc

引言
随着电子产业的发展,数字化成为电子设计开发的重点领域。脉冲信号是相对于连续信号在整个信号周期内短时间发生的信号,。现在一般指脉冲信号,它已经是一个周期内有一半时间(甚至更长时间)有信号。计算机内的信号就是脉冲信号。其对数字电子电路有着重要的作用。
1 课程设计的任务及要求
任务及要求
(1)用分立器件设计电路实现脉冲信号波形;
(2)脉冲信号波形频率可调,调整范围各同学根据自身实际情况而定,但各自电路实现的频率调整范围及波形情况作为主要评分标准;
(3)自己腐蚀电路板,并购买相应器件自行电装、调试,验收时以实物验收为准;
技术指标
、组装、调试函数发生器
:脉冲信号;
:在10-1KHz范围内可调;
:3-12V连续可调;
:30%-70%连续可调;
2 硬件电路设计及原理
硬件电路的设计方案选择
方案一:
图2-1-1
如图2-1所示为波形产生电路,该电路输出占空比可调的矩形波。通过调节Rw调节占空比,调节R使输出频率发生改变。本电路是通过D1,D2两个二极管改变了RC充电与放电的路径不同,调节Rw的抽头位置改变电路充放电时等效R的大小,从而使充放电时间改变,在经过滞回比较器输出占空比可调的方波。
该电路优点:结构简单,通过一个运放就可以实现频率占空比均可调的波形发生器。缺点:RC充放电路的充放电时间控制较为困难,通过改变等效R改变充放电时间精确度不高,且受外界信号干扰较大,在定量控制上实现较难。
方案二:
图2-1-2
如图2-1-2所示第一个运放产生波形通过电压跟随器进入滞回比较器输出方波。本电路是通过调节Rx的抽头值改变滞回比较器的参考电压实现占空比可调。
本电路优点:通过改变比较器的参考电压改变占空比,充分利用了滞回比较器刚干扰能力较强,输出电压保持稳定,且不会产生误判断。
缺点:迟滞电压比较器的抗干扰能力的提高是牺牲了灵敏度为代价的。因此电路的鉴别灵敏度较差。
综上考虑,设计选用方案二。
硬件电路元件选择
元件的选择主要是在运放的选择上,RC充放电电路的缺点主要是不好控制受干扰较大。为了缓解此问题所以采用速度较快的运放。用高速运放作比较器可以避免过渡带时间较长的因素。使输出脉冲的波形质量更好。同时考虑本设计要求不高,因此选用较为便宜通用的高速运放LM318。
LM318是高精密,专为快速运算放大器设计适用于需要高带宽和高摆率。它的特点是以牺牲直流的性能为代价提高转换速度。运算放大器有内部采用联合增益对频率进行补偿。因此没有外部组件
然而,与大多数内部补偿放大器不同的是外部频率补偿的加入是其达到最佳性能。对于反相应用前馈补偿提升压摆率超过150 V /μs几乎两倍的频率带宽。过度补偿可使放大器更加稳定。此外,一
单个电容可以降低稳定时间。高速和快速建立时间使运算放大器运用在A / D转换器,振荡器,有源滤波器,采样保持电路,和通用放大器等电路中。
硬件电路的整体结构
原理框图如下:
波形产生
比较器
调幅电路
设计电路模块及原理

波行发生电路如图2-2-1所示,该电路由迟滞电压比较器和RC充放电电路构成,图中的运放和正反馈电路Rf和R1构成滞回比较器;Rp和C构成定时电路,以决定电路的振荡频率;波行发生器的主要工作原理是将电容两端的电压值Uo。对于迟滞比较器其输出只有高低两种电平,这两种状态使RC电路充电或放电,电容C上的电压Uo也因此升高或降低,在电路中形成自激震荡。
图2-1
高电平v0=+Vz经历的时间为
低电平v0=-Vz经历的时间为
 
振荡频率
,
考虑到在实际应用中调节电容精确度不高,稳定性较差。所以通过调节Rp使输出信号频路可调。
占空比调节电路
图2-2-2
占空比调节电路如图2-2-2所示。
上一级产生的信号进入OUT1,运放和正反馈电路R3_1和R3_2组成滞回比较器,R3_4可调电阻通过分压调节参考电压值,参考电压与输入电压比较是输出信号为方波。通过D3_1限幅二极管使输出电压控制在5-0V,隔离了负半脉冲。
滞回比较器电路特点:
(1)经加到运放的反相端;
(2)经中到运放的同相端;
(3)引入电压并联正反馈,使
运放工作非线性。
(4)和起限幅作用,使
分析:(1)该电路设计了两个阈值电压。
当使其由正到负跳变的阈值电压即为

当,使其由负跳变到正的阈值电压即为

两个阈值电压的差值称为门限宽度或回差电压。
回差电压的大小取决及值与无关,即是说:改变可以调节和的大小,但改变不了