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锯齿波信号发生器的设计
技术指标要求: 频率f=500Hz,Vp-p=10V。
该课题的内容:
(一)原理结构说明
一、滞回比较器
+-AR1R2R3uooDZuIo 在单限比较器中,输入电压在阈值电压附近的任何微小变化,R都将引起输出电压的跃变,
+
-
A
R1
R2
R3
uoo
DZ
uIo
uo
uoo
UZ
UZ
-UT
+UT
±
±UZ
(a)电路 (b)电压传输特性
UZR1+R2uP?R1从集成运放输出端的限幅电路可以看出,uo
UZ
R1+R2
uP
?
R1
UZR1+R2±UT???R1根据
UZ
R1+R2
±UT
???
R1
当uI-UT,uNuP,因而uo=+UZ,所以uP=+UT。uI+UT,uo=-UZ。
当uI+UT,uNuP,因而uo=-UZ,所以uP=-UT。uI-UT,uo=+UZ。
可见,uo从+UZ跃变为-UZ和uo从-UZ跃变为+UZ的阈值电压是不同的,电压传输特性如图(b)所示。
在我们所设计的锯齿波发生器中,滞回比较器由运放U1和电阻Rb,R1,R4所组成。
通过由稳压管D1,D2和限流电阻R3构成的输出限幅电路,从而输出方波波形。
其中调节电阻Rb,R1可改变锯齿波的幅值和一定范围的频率。调节滞回比较器的稳幅输出D1,D2值,可调整方波输出幅值,可改变积分时间,从而在一定范围内改变锯齿波的频率。
二、积分电路
如图所示的积分运算电路中,由于集成运放的同相输入端通过R’接地,uN=uP=0,为“虚地”。
电路中电容C的电流等于流过电阻R的电流
输出电压与电容上电压的关系为 uo=-uc
而电容上电压等于其电流的积分,故
在求解t1到t2时间段的积分值时
式中 为积分起始时刻的输出电压,即积分运算的起始值,积分的终值是t2时刻的输出电压。
当uI为常量时,输出电压
当输入为方波时,则输出电压波为三角波。若改变占空比,即能得到我们所要的锯齿波波形。
在我们所设计的锯齿波中,积分电路由运放U2和电阻R2,电容C1所构成。调节R2,C1可以改变频率,从而得到我们所要的效果。
三、充放电控制电路
充放电控制电路为正反向二极管和电位器的组合,使得充、放电时间不同,即可得到占空比可调的波形发生器。
在我们所设计的锯齿波中,通过调节电位器Rw来调整充放电时间常数,从而实现左锯齿波发生器和右锯齿波发生器。
四、运算放大器和uA741的原理功能以及应用
uA741通用高增益运算通用放大器,早些年最常用的运放之一.应用非常广泛,?双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压±22V,差分电压±30V,输入电压±18V,允许功耗500mW.其管脚与OP07(超低失调精密运放)完全一样,可以代换的其他运放有uA741,uA709,LM301,LM308, LF356,OP07,op37,max427等, uA74通用放大器,性能不是很好,但满足一般需求。
下面给出这一系列产品的引脚图
uA741芯片引脚和工作说明:1和5为偏置(调零端),2为正向输入端,3为反向输入端,4接地,6为输出,7接电源 8空脚
op07,uA741引脚图
内部结构说明:
(1)集成电路分为输入级、偏置电路、中间级和输出级。
输入级:提供与输出端成同相关系和反向关系的两个输入端。往往是一个双端输入的高性能差分放大电路。
偏置电路:提供各级静态工作电流。
中间级:提供较高的电压放大倍数。多采用共射(共源)放大倍数。
输出级:提供一定的电压和电流放大倍数。多采用互补输出电路。
(2)内部电阻三极管等器件分布结构。
T8、T9组成的镜像电流源为差动输入级提供偏置电流。
T1和T2、T3、T4管组成共集共基复合差动输入电路。
T5、T6和T7及R1、R2、R3组成具有基极补偿作用的镜像电流源,作为差动输入级的有源负载,可以提高输入级的增益。
T12、R5、T11构成主偏置电路。
T10和T11、R4构成微电流源,通过T8、T9组成的镜像电流源为差动输入级提供偏置电流。
T13集电极有源负载。
T16和T17、R6、R7组成中间电压放大级,T16和T17是复合管,其输入电阻很高,对前级影响小。
T14和T12组成互补对称输出级,T18,T19和R8为其提供静态偏置以克服交越失真。T15、R9保护T14管在正相电流过大时不致烧坏。T21、T22、T23、T24管和R10保护T20.,在反相电流过大时不致烧坏。
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