Lab A 三角波鋸齒波產生器

Prévia do material em texto

電子學實習(二) 專題
目錄
•樞密特電路
• 反向樞密特
• 非反向樞密特
• Lab A-1 三角波產生器
• Lab A-2 鋸齒波產生器
•脈波寬度調變PWM(Pulse-width modulation)
• Lab A-3 呼吸燈
樞密特電路
3
Ref：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%96%BD%E5%AF%86%E7%89%B9%E8%A7%A6%E5%8F%91%E5%99%A8
非反向樞密特觸發器
反向樞密特觸發器A為比較器
B為非反向樞密特觸發器
t1：右圖U為一訊號，當訊號由低壓增加
直至Up且B為低準位時，B轉態為高準位。
UP
Un
t2：當訊號由高壓減少直至Un且B為高準
位時，B轉態為低準位。
t1 t2 t3
t3： B為高準位以及U訊號擺盪，但訊號
仍未超過Un ，所以B不轉態。
施密特觸發器可作為波形整形電路，能將類比訊號波形整形為數位電路能夠處理的方波波形，而且由於施密
特觸發器具有滯回特性，所以可用於抗干擾。
樞密特電路 - 反向樞密特
4
Ref：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%96%BD%E5%AF%86%E7%89%B9%E8%A7%A6%E5%8F%91%E5%99%A8
+UV
V+
𝑉+ = 𝑈1 = 𝑈V − 𝑈𝑟
𝑅2
𝑅1 + 𝑅2
+ 𝑈𝑟
樞密特電路 - 反向樞密特
5
Ref：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%96%BD%E5%AF%86%E7%89%B9%E8%A7%A6%E5%8F%91%E5%99%A8
-UV
V− > V+ , 𝑉𝑎 = −𝑈𝑉 轉態
樞密特電路 - 反向樞密特
6
Ref：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%96%BD%E5%AF%86%E7%89%B9%E8%A7%A6%E5%8F%91%E5%99%A8
-UV
V+
𝑉+ = 𝑈2 = −𝑈V − 𝑈𝑟
𝑅2
𝑅1 + 𝑅2
+ 𝑈𝑟
樞密特電路 - 反向樞密特
7
Ref：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%96%BD%E5%AF%86%E7%89%B9%E8%A7%A6%E5%8F%91%E5%99%A8
UV
V+ > V− , 𝑉𝑎 = 𝑈𝑉 轉態
樞密特電路 –非反向樞密特
8
Ref：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%96%BD%E5%AF%86%E7%89%B9%E8%A7%A6%E5%8F%91%E5%99%A8
Ue
Ur
Ua
Ur
Ua
UeU2U1
+UV
-UV自行分析電路
Lab A-1：三角波產生器
9
實驗A-1：請設計Ri、Ci、Rs1及Rs2產生ƒ=1kHz ，Vtri=5V~-5V之三角波
OPA使用雙電源，電壓自行決定
將所有設計值以及透過LTSpice模擬Vtri和Vsqu的波型放入報告，另外模擬圖包含2~4個週
期即可。
三角波 Vtri
Ch1
方波Vsqu
Ch2
實作波型
Lab A-1：三角波產生器
10
模擬圖範例
ƒ=1kHz
Lab A-2 鋸齒波產生器
11
Ch1
Ch2
實作波型
實驗A-2：請設計RB1、RB2、Rsi、Cci、Rss1及Rss2產生ƒ=5kHz ， Vsaw= 0V~5V之鋸齒波
OPA使用雙電源，電壓自行決定
將所有設計值以及透過LTSpice模擬Vsaw和Vaqu的波型放入報告，另外模擬圖包含2~4個週
期即可。
RB1
Rsi
Csi
Rss1
Rss2
RB2
Lab A-2 鋸齒波產生器
12
模擬圖範例
ƒ=5kHz
脈波寬度調變PWM(Pulse-width modulation)
13
Ref：Pwm.png: CyrilBderivative work: Krishnavedala (talk) - Pwm.png, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15335773
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%84%88%E8%A1%9D%E5%AF%AC%E5%BA%A6%E8%AA%BF%E8%AE%8A
簡稱脈寬調變，是將類比訊號轉換為脈波的一種技術，一般轉
換後脈波的週期固定，但脈波的工作週期會依類比訊號的大小
而改變。
在類比電路中，輸入與輸出呈線性變化。所以在類比電路中，
電壓和電流可直接用來進行控制對象，例如家用電器設備中的
音量開關控制、燈具的亮度控制、馬達控制等等。
此次專題前兩個實驗利用積分器以及樞密特電路產生三角波以及鋸齒波，可以利用將這兩信號比較產生一PWM
信號，此信號可以當作調光信號，在比較器後連接LED即可產生呼吸燈的效果。
右上圖藍色為鋸齒波紅色為輸入訊號，經由比較產生右下角
PWM方波信號，等同將類比訊號轉換成數位信號。
可以發現鋸齒波頻率越高，轉換的精度越高。
工作週期(Duty)：通常指在單一頻率下，維持高準位所佔的時間(Thi)與週期(T)的比值。𝐷 =
𝑇𝐻𝑖
𝑇
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15335773
?
Rti
Cti
Rts1 Rts2
Rsi
Csi
Lab A-3 呼吸燈
14
Vo
提示：此電路功能為移動三角波基準使三角波在0V以上，得以與鋸齒波比較。
實驗A-3：請設計Rti、Cti、Rts1、Rts2、Rsi、Csi、Rss1、Rss2、RB1、RB2以及?的電路，使輸出為頻率為5kHz
的PWM信號，且40mS為一個呼吸週期(Duty大到小,小再到大) 。
OPA使用雙電源，電壓自行決定
將?區塊的電路、所有設計值以及透過LTSpice模擬Vtri、Vsaw和Vo的波型放入報告，另外模擬圖包含1個週期
(以三角波的週期為標準)即可，可參考下一頁波型圖。
提醒：模擬時間模擬到500mS即可。
15
三角波
鋸齒波
PWM
Lab A-3 呼吸燈
Duty大
模擬圖範例
Duty小 Duty大
設計電路注意事項
16
1. 設計電路時需要了解OPA特性，如輸出最大電流、Slew rate…等。
2. 二極體使用1N4148、BJT使用2N2222、OPA使用LM308。
繳交報告注意事項
1. 本次實驗 ，繳交日期為6月7號23：59止，遲交日期為6月14號 23：59止，
遲交分數為原始分數*0.7，超過遲交時間不計分。
2. 報告內容需包含各個實驗的電路圖、模擬圖、元件的設計值。
3. 電路圖可以自行重新繪製。
4. 模擬圖需看的出頻率跟振幅(有Cursor可以用) ，標示、刻度以及波型要清楚。
5. 設計值需要計算過程，如模擬與計算有誤差請解釋原因。
6. 報告內需要有組別、組員姓名以及學號，一組交一份即可，檔名命名：桌號_Lab A
實作電路提醒(有興趣者可參考以下內容)
1. 另外OPA之電源接使用雙電源，也要注意OPA最大輸入電壓。
2. 需考慮電阻瓦數，一般常見的色碼電阻額定功率只有250mW。
3. 確認元件是否正常在使用。
4. 元件不一定要使用上述所提到的元件，可以自行更換。