多种波形发生器(10页).doc
-多种波形发生器-第 9 页太 原 科 技 大 学电子技术课程设计 -多种波形发生器学 院：华 科 学 院专 业：电气062203H姓 名：任 耀 红 学 号：200622050326指 导 老 师：黄 庆 彩2008-1- 多 种 波 形 发 生 器 一、 设计任务与要求： 运用所学的模拟电子技术和数字电子技术的有关知识去设计一个多种波形发生器电路。1、设计一个振荡频率为500HZ的RC正弦振荡电路，自选一个多种波形发生器电路。（1）组装，调试RC正弦波振荡电路，使电路产生振荡输出。（2）当输出波形稳定且不失真时，测量输出电压的频率和幅值。检验电路是否满足设计指标，若不满足，需要调整设计整数，直至达到设计要求为止。2、设计一个用集成运算放大电路构成的方波-三角波发生器，设计要求如下： 频率范围：500HZ1000HZ和三角波幅值调节范围2V4V。（1） 组装调试所设计的电路，使设计正常工作。（2）测量方波的幅值和频率，测量三角波的频率，幅值及调节范围。检验电路是否满足设计指标。在调节三角波的幅值时，注意波形有什么变化，并简要说明变化的原因。（2） 用双踪示波器观察波并绘制方波和三角波的波形。二、 总体框图：1、 （1）方案一实验原理：用多谐振荡器方波信号，以方波作为输入信号进入积分电路输出生成三角波，再由三角波作为下一个积分电路的输入信号，积分电路输出生成正弦波。其原理框图： 方波输出 三角波输出 正弦波输出555多谐振荡 方 波 产 生 电 路频 率 选 择 控 制 器积 分 电 路积 分 电 路（2）设计指标： 正弦波输出振荡频率为500HZ，三角波方波输出频率为500HZ1000HZ，三角波幅值范围2V2V2、 （1）方案二实验原理：由多谐振荡器输出方波信号，以方波信号作为积分电路的输入信号，积分电路输出信号三角波；另一条路径由方波信号作为滤波电路的输入信号，输滤波电路输出正弦波。 其原理框图如下：方波输出 三角波输出 正弦波输出555多谐振荡 方 波 产 生 电 路 频 率 选 择 控 制 器积 分 电 路滤 波电 路 （2）设计指标： 正弦波输出振荡频率为500HZ，三角波方波输出频率为500HZ1000HZ，三角波幅值范围2V2V三、 选择器件： 1555定时器原理1）、555定时器内部结构555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。 国产双极型定时器CB555的电路结构图。它由比较器C1和C2、SR所存器和集电极开路的放电三极管Td三部分组成。CB555的电路结构图如下： Vcc RDVCOvI1vI2vOD它由分压器、比较器、基本R-S触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5的等值电阻串联而成。vI1是比较器C1的输入端，vI2是比较器C2输入端。C1和C2的参考VR1和VR2由VCC经三个5k的电阻分压给出。在控制电压输入端VCO悬空时，VR1=2/3VCC，VR2=1/3VCC。比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R-S触发器端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器端的输入信号。基本R-S触发器的输出状态受比较器、的输出端控制。如果VCO外接固定电压，则VR1=VCO，VR2=1/2VCO。RD是置零端。只要在RD端加上低电平，输出端VCO边立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。正常工作时必须使RD处于高电平。 CB555的功能表输 入输 出RDvI1vI2vOTD0XX低导通12/3VCC1/3 VCC低导通12/3 VCC1/3 VCC不变不变12/3 VCC1/3 VCC高截止12/3VCC1/3 VCC高截止555定时器的管脚图：1地 GND 2触发 3输出 4复位 5控制电压 6门限(阈值） 7放电 8电源电压Vcc 2）、多谐振荡器工作原理由555定时器组成的多谐振荡器如图(C)所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。其工作波如图(D)所示。设电容的初始电压，t时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端<，比较器1输出为高电平，输出为低电平，即，（1表示高电位，0表示低电位），触发器置，定时器输出此时，定时器内部放电三极管截止，电源经，向电容充电，逐渐升高。当上升到时，输出由翻转为，这时，触发顺保持状态不变。所以0<t<期间，定时器输出为高电平。时刻，上升到，比较器的输出由变为，这时，触发器复，定时器输出。期间，放电三极管导通，电容通过放电。按指数规律下降，当时比较器输出由变为，触发器的，的状态不变，的状态仍为低电平。时刻，下降到，比较器输出由1变为0，R-S触发器的1，0，触发器处于1，定时器输出。此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出，电容放电时，0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波。其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。3）、振荡周期由图（D）可知，振荡周期。为电容充电时间，为电容放电时间。充电时间 放电时间 矩形波的振荡周期因此改变、和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数：占空比q，q=（脉宽）/（周期T），指输出一个周期内高电平所占的时间。图（C）所示电路输出矩形波的占空比。2、积分电路 1）积分电路的原理：输出信号与输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。 1a1b1c最简单的积分电路由一个电阻器R和一个电容器 C 构成。若RC的乘积取值足够大，外加电压时电容器上的电压只能缓慢上升。Uo=Uc=(1/C)icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时，Uc=Oo.随后C充电，由于RCTk,在开始充电的一段时间内，充电很慢，输入电压主要降落在R上,充电电流近似为iui(t)/R，输出电压uo(t)与输入电压ui(t)的时间积分值成比例。Uo=(1/c)icdt=(1/RC)icdt这就是输出Uo正比于输入Ui的积分（icdt） RC电路的积分条件：RCTk 如果 ui(t) 是一个阶跃电压， 则理想积分电路的输出uo(t)是一线性斜升电压，如图1b的虚线所示。简单的RC积分电路的实际响应特性和理想积分电路有较大的差别，如图1b的实线所示,在开始充电的一段时间内,输出电压很接近于理想的直线斜升电压。随着充电过程的延续，电容电压增高，充电电流减小，输出电压就越来越偏离理想积分器的响应特性。在信号处理电路和有源网络中作模拟运算的积分器常用运算放大器构成（图2 a ）。如运算放大器工作在理想状况，它的输入端电流i10,输入端电压u10,在电路输入电压ui(t)的作用下，电容器C 的充电电流i=i=ui(t)/R,因此输出电压为 图2c是输入为阶跃电压时的输出电压 uo(t)的波形。当输入为一正弦信号ui(t)Umcost时，它的输出信号电压为 输出信号的幅度是输入信号的 1/RC倍，其相位则领先90°。当输入信号含有不同频率分量时,低频分量将“提升”得较多，而较高频率分量则“提升”得较少。因此积分电路也可以用来抑制频率比有用信号频率高的干扰信号。在间接调频器中，先用积分电路对调制信号积分，使调制信号幅度与它的频率成反比，然后由调相电路对载波进行相位调制，就可以产生调频波,实现调相-调频波的变换。 2) 741运算放大器的电路和管脚排列图（1） 放大器由双路稳压电源供电，打开稳压电源开关，将电源的两组输出电压都调节为15伏，然后关断电源，将一组电源的正极与实验板上“VCC”接线柱相连，另一组电源的负极与“VEE”接线柱相连，前一组电源的负极与后一组电源的正极都和实验板上的“地”相连在实验板上把输入端用一根导线与地短接（图上虚线）打开稳压电源开关，用万用表测量输出电压，若，可通过调节调零电位器W，使。四、 功能模块： （一）方案一1、方波发生电路：用555构成的多谐振荡电路，经过555多谐振荡电路得出方波信号。由电路图得出的方波：由上图可看出起时间周期T=1.971s2.00s,频率f=500HZ。2、三角波发生器： 用积分电路得出三角波，输入信号是500HZ的方波，经过积分得到三角波。由上述的积分电路的到的输入输出波形如下： 由上图可看出三角波周期T=2.013s2s,其频率为f=500HZ。 3、正弦波发生器： 正弦波由输入信号为三角波的信号经过积分电路的到的输出信号。 其波形如下图所示：输入信号为三角波，得到正弦波的输出信号。其周期T=2.013s2s，其频率为500HZ。得到了设计所要求的指标。（二）方案二 1、方波发生电路：由电路图得出的方波：由上图可看出起时间周期T=1.971s2.00s,频率f=500HZ。2、三角波发生器： 用积分电路得出三角波，输入信号是500HZ的方波，经过积分得到三角波。由上述的积分电路的到的输入输出波形如下： 由上图可看出三角波周期T=2.013s2s,其频率为f=500HZ。3、正弦波发生器：由方波信号作为滤波电路的输入信号，可得到正弦的输出信号波形。由上述电路可得到输入输出波形如下： 从图中所示数据可得出正弦波输出的周期为T=2.034s2.00s,由此可知其频率为f=500HZ。五、 设计的总电路图：六.心得体会 数字电子技术是电信专业学生的重点课程,而课程设计是锻炼我们动手能力的好机会。通过此次实际的情况，我们都对数字电子这门科目有了更深一层次的了解。而且这个课题具有很强的实践性和趣味性.通过两个星期的设计，加深了对课本知识的理解雨贯通，对知识巩固的同时对学习有了更多的兴趣，理论与实践结合。
