1、 第 1 页 共 12 页 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 题目：题目： 基于运算放大器的锯齿波发生器基于运算放大器的锯齿波发生器 学院（系） ：学院（系） ：电气工程学院电气工程学院 年级专业：年级专业： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 教师职称：教师职称： 第 2 页 共 12 页 课程设计（论文）任务书课程设计（论文）任务书 院（系） ：电气工程学院 基层教学单位：仪器科学与工程系 学 号 学生姓名 专业（班级） 设计题目 基于运算放大器的锯齿波发生器 设 计 技 术 参 数 利用运算放大器产生最大幅值为 2.5V，频率在 100 到 1000Hz
2、的锯齿波。 设 计 要 求 1：完成题目的理论设计模型； 2：完成电路的 multisim 仿真； 工 作 量 1：完成一份设计说明书（其中包括理论设计的相关参数以及仿真结果） ； 2：提交一份电路原理图； 工 作 计 划 第一周周一到周二，查阅资料； 第一周周三到周五，理论设计； 第二周周一到周三，计算机仿真； 第二周周四到周五，撰写设计说明书并答辩； 参 考 资 料 1：基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计； 2：模拟电子技术； 3：电路理论； 4：数字电子技术。 指导教师签字 基层教学单位主任签字 第 3 页 共 12 页 目录 一、锯齿波发生器理论电路及工作原理 . 4 二、锯齿波发
3、生器相关参数确定及计算 . 5 三、锯齿波发生器仿真结果及分析 7 3.1 实测电路及仿真结果 . 7 3.2 数据记录及处理 9 四、总结 11 五、参考文献 12 第 4 页 共 12 页 一、一、 锯齿波发生器理论电路及工作原理锯齿波发生器理论电路及工作原理 基于运算放大器的锯齿波发生器工作原理是利用以恒定速率 对一个电容器充电，然后利用一个开关让电容快速放电，就可以产 生一个锯齿波。经查阅资料可得到如图 1 的电路原理图，即利用上 述原理实现锯齿波的产生。 图 1.1 锯齿波发生器原理图 图 1 所给出的电路就是利用了这一原理。图中放大器型号为 LF356,比较器为 LM311。电容
4、C 的驱动电流由 OA 提供，而它是一 个浮动负载 V-I 转换器。为使 Vst 以正斜率直线上升，电流 I i必须 总是要从求和节点流出，即 I v0。 2 R和 3 R确定了阈值为 23 /(1/) TCC VVRR （公式 1） 第 5 页 共 12 页 在电源接通的瞬间（t=0） ，当电容 C 仍在放电时，311 比较器 的输入是 I v=0V 和 N v= T v，这表明输出 BJT 处于饱和状态，且 15 PULSE v V。当门电路处于这个低电位时，n-JFET 1 J截止，以便 让电容 C 充电。一旦继续上升的 ST v达到 T v时，比较器输出的 BJT 截止，从而通过2k
5、电阻将 PULSE v拉到地电位。由于由 1 C提供的正 反馈作用，所以状态的改变时瞬时方式发生的。由于此时 GS v=0V。 JFET 开关关闭，C 快速放电，将 ST v降为 0V。 由于 1 C在 PULSE v从-15V到0V的变化过程中在其上积累的电荷， 比较器不能对在 ST v 上的这一变化瞬时作出响应。这样一个短暂的 作用（其持续时间 D T与 11 R C成正比）是用以确保得以完全放电。经 过一个短暂的周期 D T后， PULSE v回到-15V， 1 J重新截止，C 再次重 新充电。因此循环重复进行产生锯齿波，根据理论公式改变图中一 些器件的参数可以得到所需频率范围内的的锯齿
6、波。 二、锯齿波发生器相关参数确定及计算二、锯齿波发生器相关参数确定及计算 在研究过程中，经常需要求出给一个电容充（放）电达到一个 给定的v时所需的时间t 。最常见的两种充/放电形式是线性和 指数形式的。如果一个恒定的电流 I 驱动电容 C，那么它将会一个 恒定的速率充电或放电，并产生一个线性暂态或斜坡。工程上经常 第 6 页 共 12 页 用一个易于记忆的关系式来描述这个斜坡： CvIt （公式 2） 这样就可以将恒定的速率下变化的v所需的时间估算为 C tv I （公式3） 利用公式 2，可以求出充电时间 CH T。利用 CH tT,/ I vR 和 T vV ， 0 f 为锯齿波频率，令 0 1 /() CHD fTT，得到 0 1 (/) TID f RC VvT （公式4） 由于 DCH TT ，上式可以化简为 0 I T v f R C V （公式5） 这就表明 0 f与控制电压成线性关系。 根据设计任务书可知运算放大器产生的最大幅值为
