步進(jìn)電機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于運(yùn)放的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、北京工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 學(xué)院 電控 專業(yè) 通信工程 班級(jí) 通信工程242 組號(hào) 10 題目 步進(jìn)電機(jī)控制電路 基于運(yùn)放的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 姓名 學(xué)號(hào) 09024226 同組人 指導(dǎo)老師 成績(jī) 2011年5月步進(jìn)電機(jī)控制電路提綱：1、 設(shè)計(jì)要求2、 電路設(shè)計(jì)3、 步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際連接及測(cè)量4、 實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及解決方案5、 收獲體會(huì)6、 參考資料一、設(shè)計(jì)要求步進(jìn)電機(jī)控制電路（一）、設(shè)計(jì)任務(wù)本課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制電路，該電路能對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。（二）、基本要求1、能控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)及運(yùn)行速度，并由led顯示運(yùn)行狀態(tài)。（步進(jìn)電機(jī)工作方式可為單四拍或雙四拍）。2、測(cè)量步進(jìn)電機(jī)

2、的步距角。(通過實(shí)測(cè)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所需要的脈沖數(shù)，推算出步進(jìn)電機(jī)的步距角)。（三）、擴(kuò)展要求設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)工作方式為四相八拍。（四）、設(shè)計(jì)框圖步進(jìn)電機(jī)控制電路主要由脈沖發(fā)生電路、環(huán)行脈沖分配電路、控制邏輯及正反控制門、功率放大器（驅(qū)動(dòng)電路）和步進(jìn)電機(jī)等組成。脈沖發(fā)生電路環(huán)形脈沖分配電路控制電路驅(qū)動(dòng)電路脈沖顯示步進(jìn)電機(jī)（五）、參考元器件ne555，計(jì)數(shù)器74ls161，74ls08，74ls74，74ls14（04），74ls138（74ls153），四相步進(jìn)電機(jī)，發(fā)光二極管，續(xù)流二極管in4004，復(fù)合三極管tip122，5（1w）電阻，其他電容、電阻若干。補(bǔ)充說明：a、 本實(shí)驗(yàn)提供的是四相步

3、進(jìn)電機(jī)，它對(duì)外有六條引線， 其中二條為公共端、另外四條分別為a相、b相、c相、d相，但引腳具體排序未知，故在使用前需要對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行分析，測(cè)試，并判斷出具體的相序。b、 四相步進(jìn)電機(jī)磁激勵(lì)方式基本有三種：i、單四拍方式，通電順序?yàn)閍bcda；ii、雙四拍方式，通電順序?yàn)閍bbccddaab；iii、四相八拍方式，通電順序?yàn)閍abbbcccdddaa。如果按上述三種通電方式和通電順序進(jìn)行通電，則步進(jìn)電機(jī)將正向轉(zhuǎn)動(dòng)。若通電順序與上述相反，如單四拍方式，通電順序adcba，則步進(jìn)電機(jī)將反向轉(zhuǎn)動(dòng)。如下表所示為步進(jìn)電機(jī)的單四拍和雙四拍的勵(lì)磁方式及a、b、c、d相的輸入邏輯信號(hào)。有關(guān)步進(jìn)電機(jī)的工作原理及使

4、用方法請(qǐng)自己查閱資料。工作方式勵(lì)磁方式d b c a單四拍方式a1 1 1 0b1 1 0 1c1 0 1 1d0 1 1 1a1 1 1 0雙四拍方式ab1 1 0 0bc1 0 0 1cd0 0 1 1da0 1 1 0ab1 1 0 02、 電路設(shè)計(jì)脈沖發(fā)生電路環(huán)形脈沖分配電路控制電路驅(qū)動(dòng)電路脈沖顯示步進(jìn)電機(jī)根據(jù)框圖：（1） 、脈沖發(fā)生電路：1、設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)一個(gè)可以產(chǎn)生占空比和周期可調(diào)的方波信號(hào)的脈沖發(fā)生器。2、基本思路：利用ne555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生所需信號(hào)。3、選用原件：ne555、5k歐電位器、300歐電阻、50微法電容、0.01微法電容。4、電路原理圖：原理公式：t1=(r

5、1+r2)cln2、t2=r2cln2 為使脈沖頻率為幾赫茲，電阻和電容應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)值，通過計(jì)算和實(shí)際測(cè)試，我們選用了5k歐電位器、300歐電阻、50微法電容、0.01微法電容。電路圖如下：5、 仿真波形 6、 實(shí)際電路圖：（2） 、環(huán)形脈沖分配電路設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)一個(gè)可以生成四路如圖表所示變化的脈沖信號(hào)，其狀態(tài)變化由ne555產(chǎn)生的脈沖控制。并能通過開關(guān)切換單四拍或雙四拍模式。雙向移位寄存器74ls194的功能很接近步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行的邏輯信號(hào)：74ls194的功能表： rds1 s0工作狀態(tài)0x x置零10 0保持10 1右移11 0左移11 1并行輸入 輸出信號(hào)邏輯如下： a、單四，雙四拍方

6、式工作方式勵(lì)磁方式d b c a單四拍方式a1 1 1 0b1 1 0 1c1 0 1 1d0 1 1 1a1 1 1 0雙四拍方式ab1 1 0 0bc1 0 0 1cd0 0 1 1da0 1 1 0ab1 1 0 074ls194本身具有雙向移位的功能，但在啟動(dòng)前需要預(yù)先對(duì)4個(gè)輸入端進(jìn)行置數(shù)，來控制輸出波形占空比。由于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)有單四拍，雙四拍兩種方式，所以需要三個(gè)開關(guān)，其中兩個(gè)控制s1 s0 的點(diǎn)位高低來控制寄存器的工作狀態(tài)，另一個(gè)開關(guān)用來切換單四和雙四拍兩種狀態(tài)。其中qa、qb、qc、qd分別控制步進(jìn)電機(jī)的a、b、c、d四相，clk接ne555產(chǎn)生的脈沖信號(hào)。b、四相八拍1片74

7、ls194 最多只能產(chǎn)生4種不同狀態(tài)的信號(hào)，而四相八拍勵(lì)磁方式有八種狀態(tài)，所以至少要用兩片74ls194才能實(shí)現(xiàn)。我們用兩片74ls194接成了8位雙向移位寄存器。其真值表如下：74ls194的8路并行輸出單四拍輸出雙四拍輸出四相八拍輸出12345678abcdabcdabcd01111111011100110111101111110111001100111101111110111001101111101111101110011001111101111101110011011111101111011100110011111101111001101110111111101110011001103

8、種狀態(tài)的邏輯關(guān)系不同，如果在輸出端控制三種狀態(tài)的切換，則需要大量開關(guān)，在實(shí)際電路中很不容易實(shí)現(xiàn)，所以我們嘗試在置數(shù)端切換。74ls194的8路并行輸出單四拍輸出12345678abcd01111111011110111111011111011111101111101111101111110111110111111011110111111101111011111110111074ls194的8路并行輸出雙四拍輸出12345678abcd000111110011100011110011110001111001111000111001111100011100111110001100011111000

9、11000111110011074ls194的8路并行輸出四相八拍輸出12345678abcd0011111101111001111100111100111110111110011110011111001111011111100111001111110011100111111001103種狀態(tài)的邏輯關(guān)系相同，這樣只需要在8位移位寄存器的輸入端設(shè)置連個(gè)開關(guān)對(duì)其進(jìn)行置數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)3種狀態(tài)的切換。環(huán)形脈沖分配電路圖如下：實(shí)際電路圖：最終的電路圖如下：（三）、驅(qū)動(dòng)電路：1、設(shè)計(jì)目的： 由于門電路所輸出的電流遠(yuǎn)不足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，這里需要一個(gè)具有功率放大能力的驅(qū)動(dòng)電路，它由環(huán)形脈沖電路所產(chǎn)生的脈沖

10、信號(hào)控制，產(chǎn)生一個(gè)足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的電流。2、選用元件：復(fù)合三極管（tip122）、續(xù)流二極管、發(fā)光二極管、5歐電阻、300歐電阻、1k歐電阻。3、 電路圖： 圖中1k歐電阻接門電路的輸出，d1為續(xù)流二極管，led1為發(fā)光二極管，m代表步進(jìn)電機(jī)的任意一相。將驅(qū)動(dòng)電路與前兩部分相連。至此，所有電路設(shè)計(jì)完成，可以連接步進(jìn)電機(jī)了。三、步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際連接及測(cè)量（一）、測(cè)試步進(jìn)電機(jī)的引腳功能和順序：本實(shí)驗(yàn)提供的是四相步進(jìn)電機(jī)，它對(duì)外有六條引線， 其中二條為公共端、另外四條分別為a相、b相、c相、d相，但引腳具體排序未知，故在使用前需要對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行分析，測(cè)試，并判斷出具體的相序。1、 判斷公共端：在不明

11、引腳功能的情況下，不能貿(mào)然通電測(cè)試，以免損壞電機(jī)。應(yīng)采用其他方法。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造，永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)一共六根引線，共分為兩組，測(cè)量每?jī)筛€之間的電阻，不同繞組之間的電阻為無窮大。同一繞組中，中心引線到兩邊的電阻約為7.5。判斷出兩組繞組的中心引線后，剩下的四根即為a、b、c、d四個(gè)項(xiàng)。中心引線即為公共端，接+5v。2、判斷a、b、c、d四相的順序：我們?cè)囍谩半S便選取四條引線中的一根設(shè)為a相，接低電平。再另取一根引線觸低電平，若電機(jī)正轉(zhuǎn)，則該項(xiàng)為b,；反轉(zhuǎn)，該項(xiàng)為d；否則，該項(xiàng)為c。”進(jìn)行測(cè)試。（二）、連接步進(jìn)電機(jī)測(cè)試電路功能：將控制電路與驅(qū)動(dòng)電路和步進(jìn)電機(jī)相連實(shí)際電路圖如下：開關(guān)

12、1與開關(guān)2：兩開關(guān)都接高電位時(shí)為置數(shù)狀態(tài)，此時(shí)可通過開關(guān)3和開關(guān)4切換步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式。兩開關(guān)一個(gè)接高電位另一個(gè)接地時(shí)。分別對(duì)應(yīng)電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。兩開關(guān)同時(shí)接地時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)保持原狀。開關(guān)3：接地時(shí)為雙四拍勵(lì)磁方式，接高電位時(shí)，可通過開關(guān)2切換單四或八拍勵(lì)磁方式。開關(guān)4：在開關(guān)3接高電位的情況下，接高電位時(shí)為單四拍勵(lì)磁方式，接地時(shí)為八拍勵(lì)磁方式。 最終電路包括的元件：步進(jìn)電機(jī)1個(gè)ne555芯片1個(gè)74ls194芯片（雙向移位寄存器）2個(gè)74ls08芯片（4與門）1個(gè)達(dá)靈頓三極管（tip122)4個(gè)發(fā)光二極管4個(gè)續(xù)流二極管4個(gè)5（1w）電阻4個(gè)300電阻5個(gè)1k電阻4個(gè)5k電位器1個(gè)50f電容1個(gè)1

13、0nf電容1個(gè)單刀雙置開關(guān)4個(gè)導(dǎo)線若干（3） 步進(jìn)電機(jī)步距角的測(cè)量：勵(lì)磁方式單四拍雙四拍四相八拍轉(zhuǎn)一周所需步數(shù)484896步距角7度30分7度30分3度45分四、實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及解決方案 1. ne555脈沖不理想，實(shí)驗(yàn)室沒有仿真所用阻值電阻和電容： 查看公式，重新計(jì)算、仿真，選用合適的電阻，電容。2. 第一次仿真時(shí)，發(fā)光二極管不亮： 我們覺得電路應(yīng)該沒有問題，最后通過更改二極管參數(shù)的方法讓仿 真成功。3.綠色發(fā)光二極管不亮： 我們先用正常的紅色發(fā)光二極管代替，確定電路沒有問題，然后大膽的加大了電流，發(fā)現(xiàn)兩種二極管所需電流不同。4.一個(gè)開關(guān)的控制0、1與預(yù)期相反： 用其它開關(guān)代替后，發(fā)現(xiàn)時(shí)開

14、關(guān)問題，而不是電路問題。5.電機(jī)測(cè)相時(shí)，無論怎樣測(cè)量，公共端都只與其它三根線阻值相同： 在老師的幫助下解決問題。6.連接電機(jī)后，指示燈正常閃動(dòng)，電機(jī)不轉(zhuǎn)： 認(rèn)真檢查后，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路多接了一根線。7.測(cè)量時(shí)，無法確定電機(jī)起始點(diǎn)和終止點(diǎn)：在電機(jī)上綁一根導(dǎo)線作為標(biāo)志物。五、收獲體會(huì) 這次實(shí)驗(yàn)的順利完成，首先要感謝老師的指導(dǎo)和搭檔吳萌的幫助。 這次實(shí)驗(yàn)讓我體會(huì)到了怎樣從零開始做一件事兒，一直到做成。雖然上個(gè)學(xué)期我通過了數(shù)字電路技術(shù)考試和電子實(shí)驗(yàn)考試，但拿到這次實(shí)驗(yàn)，我不得不第一時(shí)間找出數(shù)電書，從新學(xué)習(xí)。此次實(shí)驗(yàn)前，我和吳萌從未聽說過步進(jìn)電機(jī)，在老師簡(jiǎn)單介紹后，我們還是對(duì)實(shí)驗(yàn)沒有概念。課下，我們通過互聯(lián)

15、網(wǎng)，查看了大量的資料，終于有了初步的想法并開始實(shí)施。 這次實(shí)驗(yàn)深化了我在課堂上學(xué)習(xí)到知識(shí)。通過這次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)ne555，74ls194，74ls161,74ls138等芯片都有了更深刻的認(rèn)識(shí)與理解。我深刻體會(huì)到活學(xué)活用的重要性，最好的設(shè)計(jì)不是全新的設(shè)計(jì)，而是通過對(duì)一個(gè)小細(xì)節(jié)的改善使設(shè)計(jì)趨于完美。設(shè)計(jì)電路時(shí)理論與實(shí)際的差距很大。就像我們放真時(shí)，習(xí)慣用100,200，1k,5k等這樣整數(shù)電阻，但實(shí)驗(yàn)室里的電阻一般為150,300，1k，5k1等。另外，仿真電路雖然方便，卻跟實(shí)際電路的連接迥然不同，設(shè)計(jì)時(shí)難免會(huì)有設(shè)想不到的問題。這只有通過后期想辦法彌補(bǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累來解決。 這次實(shí)驗(yàn)還加強(qiáng)了我的團(tuán)

16、隊(duì)合作能力，動(dòng)手能力，自主學(xué)習(xí)能力。在與吳萌的合作中，我深深地體會(huì)到怎樣相互幫助，相互督促，怎樣取長(zhǎng)補(bǔ)短，最終達(dá)到1+1>2的效果。我們親自動(dòng)手焊接，連線，并共同解決了許多想不到卻無法避免的問題。另外，我想我們明白了解決問題的根本方法，就是自主的，有目的去學(xué)習(xí)更多的知識(shí)。 最后，這次實(shí)驗(yàn)的成功讓我們感到了前所未有的滿足和由衷的喜悅。再次感謝老師的指導(dǎo)，和吳萌對(duì)我的幫助。 六、參考資料 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）清華大學(xué)電子學(xué)教研組 編 閻石 主編步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 摘自互聯(lián)網(wǎng) 步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵原理，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機(jī)。每來一個(gè)電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，帶動(dòng)機(jī)

17、械移動(dòng)一小段距離。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)機(jī)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。主要要求：動(dòng)作靈敏、準(zhǔn)確、重量輕、體積小、運(yùn)行可靠、耗電少等。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：      (1)來一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。      (2)控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。      (3)改變脈沖順序，改變方向。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類    根據(jù)勵(lì)磁式方式的不同分為：反應(yīng)式、永磁式和混合式（又叫感應(yīng)子式）三種。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用較多。下面以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)

18、為例說明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。圖7-20 （a）三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理圖a 相通電，a 方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場(chǎng)軸線方向原有一定角度，則在磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子被磁化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁路的磁阻最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對(duì)齊停止轉(zhuǎn)動(dòng)。a 相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和 aa' 對(duì)齊。圖7-20 （b）三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理圖；°同理，b相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和b相軸線對(duì)齊，相對(duì)a相通電位置轉(zhuǎn)30圖7-20 （c）三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理圖。°最后，c相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和c相軸線對(duì)齊，相對(duì)b相通電比較，轉(zhuǎn)子再次轉(zhuǎn)動(dòng)30步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的

19、結(jié)構(gòu)步進(jìn)機(jī)主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子。它們均由磁性材料構(gòu)成，以三相為例其定子和轉(zhuǎn)子上分別有六個(gè)、四個(gè)磁極 。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖定子的六個(gè)磁極上有控制繞組，兩個(gè)相對(duì)的磁極組成一相。注意：這里的相和交流電中的“相”的概念不同。步進(jìn)機(jī)通的是直流電脈沖，這主要是指線圖的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。圖7-22 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作方式(以三相步進(jìn)電機(jī)為例)步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分為：三相單三拍、三相六拍、三相雙三拍等。一、三相單三拍三相繞組中的通電順序?yàn)椋哼@種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個(gè)循環(huán)周期共包括三個(gè)脈沖，所以稱三相單三拍。三相單三拍的特點(diǎn)：1）每來一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)

20、子轉(zhuǎn)過 b表示。q。此角稱為步距角，用°302）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。基于運(yùn)放的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)提綱：一、設(shè)計(jì)要求2、 設(shè)計(jì)思路3、 電路原理及分析4、 實(shí)驗(yàn)仿真與調(diào)試5、 實(shí)驗(yàn)實(shí)施與結(jié)果6、 問題及解決方案7、 收獲及體會(huì)八、參考資料一、設(shè)計(jì)要求 本課題要求使用集成運(yùn)算放大器制作正弦波發(fā)生器，在沒有外加輸入信號(hào)的情況下，依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出的電路。經(jīng)過波形變換可以產(chǎn)生同頻三角波、方波信號(hào)。設(shè)計(jì)要求：（1）經(jīng)典振蕩電路，產(chǎn)生正弦信號(hào)，頻率范圍100hz10khz；（2）雙電源供電；（3）信號(hào)經(jīng)過放大、驅(qū)動(dòng)電路，可在1k負(fù)載條件下：

21、正弦波最大峰-峰值 3v，幅值可調(diào)，諧波失真度小于3%；三角波最大峰-峰值 5v，幅值可調(diào)，非線性失真小于2%；方波峰-峰值 15v，幅值可調(diào)，方波上升時(shí)間小于2s。 拓展要求： （1）、單電源供電； （2）、擴(kuò)大信號(hào)頻率的范圍； （3）、增加輸出功率； （4）、具有輸出頻率的顯示功能。2、 設(shè)計(jì)思路（1）函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生方案模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案：是指全部采用模擬電路的方式，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生電路的所有功能，本實(shí)驗(yàn)的函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生電路采用全模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案。對(duì)于波形產(chǎn)生電路的模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案，也有幾種電路方式可供選擇。本實(shí)驗(yàn)選用最常用的，線路比較簡(jiǎn)單的電路加以分析。如用正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信號(hào)，然后

22、用過零比較器產(chǎn)生方波，再經(jīng)過積分電路產(chǎn)生三角波，其電路框圖如圖所示。（2） 框圖3、 電路原理及分析1、 rc橋式正弦振蕩電路rc橋式正弦振蕩電路如圖所示。其中r1、c1和r2、c2為串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，接于運(yùn)算放大器的輸出與同相輸入端之間，構(gòu)成正反饋，以產(chǎn)生正弦自激振蕩。r3、rw及r4組成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)rw可改變負(fù)反饋的反饋系數(shù)，從而調(diào)節(jié)放大電路的電壓增益，使電壓增益滿足振蕩的幅度條件。rc橋式正弦振蕩電路為了使振蕩幅度穩(wěn)定，通常在放大電路的負(fù)反饋回路里加入非線性元件來自動(dòng)調(diào)整負(fù)反饋放大電路的增益，從而維持輸出電壓幅度的穩(wěn)定。圖中的兩個(gè)二極管d1，d2便是穩(wěn)幅元件。當(dāng)輸出電壓的幅度較小時(shí)，

23、電阻r4兩端的電壓低，二極管d1、d2截止，負(fù)反饋系數(shù)由r3、rw及r4決定；當(dāng)輸出電壓的幅度增加到一定程度時(shí)，二極管d1、d2在正負(fù)半周輪流工作，其動(dòng)態(tài)電阻與r4并聯(lián)，使負(fù)反饋系數(shù)加大，電壓增益下降。輸出電壓的幅度越大，二極管的動(dòng)態(tài)電阻越小，電壓增益也越小，輸出電壓的幅度保持基本穩(wěn)定。為了維持振蕩輸出，必須讓為了保證電路起振， 當(dāng)：r1=r2=r，c1=c2=c時(shí)，電路的振蕩頻率 ：起振的幅值條件：2、 比較器遲滯比較器的電路圖如圖左所示。該比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)傳輸特性的比較器。由于正反饋?zhàn)饔?，這種比較器的門限電壓是隨輸出電壓v0的變化而變化。在實(shí)際電路中為了滿足負(fù)載的需要，通常在集成運(yùn)

24、放的輸出端加穩(wěn)壓管限幅電路，從而獲得合適的 和 。遲滯比較器 遲滯比較器電壓傳輸特性由圖可知 ： 電路翻轉(zhuǎn)時(shí)： 即得： 3、 方波和三角波發(fā)生器方波和三角波發(fā)生器由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生器，一般均包括比較器和rc積分器兩大部分。如圖所示為由遲滯比較器和集成運(yùn)放組成的積分電路所構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生器。方波和三角波發(fā)生器的工作原理：a1構(gòu)成遲滯比較器同相端電位vp由vo1和vo2決定。利用疊加定理可得：當(dāng) vp0時(shí)，a1輸出為正，即vo1 = +vz；當(dāng) vp0時(shí)，a1輸出為負(fù)即vo1 =-vz。a2構(gòu)成反相積分器vo1為負(fù)時(shí)，vo2 向正向變化，vo1 為正時(shí)，vo2 向負(fù)向變化

25、。假設(shè)電源接通時(shí)vo1=-vz，線性增加。當(dāng)： 時(shí)，可得：當(dāng)vo2上升到使vp略高于0v時(shí)，a1的輸出翻轉(zhuǎn)到vo1=+vz。同樣： 時(shí)當(dāng)vo2下降到使vp略低于0時(shí)，vo1 =-vz 。這樣不斷的重復(fù)，就可以得到方波vo1和三角波vo2。其輸出波形如圖2-6所示。輸出方波的幅值由穩(wěn)壓管dz決定，被限制在穩(wěn)壓值±vz之間。電路的振蕩頻率：方波幅值： =±三角波幅值： = 調(diào)節(jié) 可改變振蕩頻率，但三角波的幅值也隨之而變化。 四、實(shí)驗(yàn)仿真與調(diào)試1. 將上述電路圖進(jìn)行連接，并經(jīng)過多次調(diào)試，我們獲得如下電路圖2. 原件清單 四運(yùn)放lm324 1個(gè) lf353 1個(gè) 二極管4007 2

26、個(gè) 同軸電位器 1個(gè) 普通電位器 （10k） 2個(gè) 穩(wěn)壓管 1個(gè) 電阻、電容 導(dǎo)線若干3. 仿真與調(diào)試過程 （1）rc橋式正弦波振蕩器按照正弦波發(fā)生電路,在multisim1.0中搭建好原理圖 。在仿真的過程中我們發(fā)現(xiàn)：當(dāng)r6=2k（2k是我們的實(shí)驗(yàn)前的計(jì)算理論值）時(shí)，緩慢調(diào)節(jié)電位器r2，我們發(fā)現(xiàn)，不容易達(dá)到起振的條件；于是我們?cè)龃髍6的值，使它等于4.7k,這時(shí)當(dāng)我們?cè)俅握{(diào)節(jié)r2電阻時(shí)，很容易使電路起振，并且我們得到了很好的正弦波形。仿真的波形如圖所示：（2）方波、三角波發(fā)生器按照原方波、三角波發(fā)生電路，在multisim1.0中搭建好原理圖。在仿真條件下方波、三角波發(fā)生電路產(chǎn)生的波形如圖所

27、示:通過仿真我們發(fā)現(xiàn)，原理圖方案基本可行，可以達(dá)到設(shè)計(jì)的效果。5、 實(shí)驗(yàn)實(shí)施與結(jié)果1. 實(shí)際電路 根據(jù)仿真的數(shù)據(jù)搭建正弦波、方波、三角波發(fā)生電路的實(shí)物電路板如圖所示，并在示波器上觀察各部分輸出的波形。通過對(duì)實(shí)物電路的調(diào)試，通過調(diào)節(jié)位器的值可以從示波器上觀察到預(yù)計(jì)的波形（如圖所示）。同時(shí)，通過改變實(shí)物電路的參數(shù)可以對(duì)輸出波形的幅值和頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到不同幅值和頻率的波形。2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)最后實(shí)現(xiàn)電路自激振蕩產(chǎn)生正弦波，信號(hào)經(jīng)過放大、驅(qū)動(dòng)電路，可在1k負(fù)載條件下，正弦波最大峰-峰值 3v，幅值可調(diào)，頻率可調(diào)，范圍在468hz到10khz之間，諧波失真度在3.095%到3.48%之間，三角波最大峰

28、-峰值 5v，幅值可調(diào)，方波峰-峰值 15v，幅值可調(diào)，頻率可調(diào)，范圍在316hz到10khz之間，但方波上升時(shí)間4s。 實(shí)際的波形圖如下：正弦波（vpp=3v,f=848.61hz）方波（vpp=15v,f=848.61hz）三角波（vpp=5v,f=849.17hz）6、 問題及解決方案1. 正弦波有明顯的刺凸在正弦波的輸出端串一個(gè)10k的變阻器，接到-12v電源上，通過調(diào)節(jié)變阻器的大小，直到刺凸消失為止。2. 正弦波上升沿太大將電壓比較器出的lm324換成了lf3533. 方波幅值不可調(diào) 將滯回比較器中的穩(wěn)壓管串聯(lián)一個(gè)滑動(dòng)變阻器，以控制參考電壓4. 正弦波最低頻率下不來將電容c1、c2由

29、223更換為1037、 收獲及體會(huì) 這次課設(shè)我體會(huì)頗深，用到了很多專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，它使我對(duì)課上學(xué)到的專業(yè)知識(shí)有了更深的理解。過去在模電課上學(xué)的許多知識(shí)，我都只能算是知道，根本談不上理解，更不用說實(shí)踐應(yīng)用了，學(xué)的知識(shí)只能解幾道計(jì)算題，而無法把他們應(yīng)用于實(shí)際，甚至根本不知道它與實(shí)際有什么聯(lián)系，所以根本提不起課堂學(xué)習(xí)的興趣。雖然有實(shí)驗(yàn)課，但都是按實(shí)驗(yàn)書上的步驟去機(jī)械的做，根本沒有自己的思考想象的空間。本學(xué)期的課設(shè)，使我遇到了許多實(shí)際問題，這就迫使我再次打開課本有針對(duì)性的深入學(xué)習(xí)舊的知識(shí)，理論知識(shí)在實(shí)踐中得以應(yīng)用，使我對(duì)理論知識(shí)有了更深的理解和認(rèn)識(shí)，而不僅僅限于去解幾道計(jì)算題。 這次課設(shè)是對(duì)我的學(xué)習(xí)態(tài)度

30、的一次檢驗(yàn)。在這個(gè)過程中，我曾想過，用別人的圖，會(huì)很省事。但是，與數(shù)電不同，找來的圖跟本出不來我們要的波，尤其是自己仿真好的圖，等到實(shí)際插板卻達(dá)不到相同的 效果。我深刻的體會(huì)到投機(jī)取巧沒有什么好處，因?yàn)閰⒖假Y料論是有必要的，但是依賴于他人是不能從根本上提高自己的能力。所以，我開始自己發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，與搭檔討論。這樣的結(jié)果是我的獨(dú)立思考能力與學(xué)習(xí)能力有了一定的提高。還有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度與踏實(shí)的學(xué)風(fēng)，這是非常重要的，為此我也吃了不少虧，長(zhǎng)了不少教訓(xùn)?！霸谡n設(shè)的過程我還認(rèn)實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。，我們發(fā)現(xiàn)以前學(xué)的很多知識(shí)在動(dòng)手操作的過程中都立體豐富了許多，同時(shí)也補(bǔ)充了很多我們所不知道的細(xì)節(jié)，比如

31、在有些電路中需要加驅(qū)動(dòng)電路或反向電路之類的東西，在課本上不會(huì)有死板的敘述說什么什么電路要加個(gè)驅(qū)動(dòng)電路之類的話，但是會(huì)介紹什么是驅(qū)動(dòng)電路以及它的作用。通常我們?cè)趯W(xué)習(xí)之后不會(huì)在實(shí)踐中很好的把它們運(yùn)用到一起，說白了就是用得不夠自如，說到底還是學(xué)得不夠靈活。但通過課設(shè)我們意識(shí)到了這一點(diǎn)，而且我們也認(rèn)識(shí)了很多芯片，這為我們以后的工作和學(xué)習(xí)打下了很好的基礎(chǔ)。 另外，我們這兩個(gè)項(xiàng)目完成的都比較早，所以給人“簡(jiǎn)單”的印象。因?yàn)闆]做其他課設(shè)題目，所以我不知道到底是不是簡(jiǎn)單。但是，我們的成功不是偶然的，我們課下付出了大量的時(shí)間，利用很多課余時(shí)間反復(fù)修改方案，仿真完成后，抓緊時(shí)間連接實(shí)際電路。我深刻的體會(huì)到收獲是與

32、付出成正比的。8、 參考資料 1.參考文獻(xiàn)1電子工程師手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1995，電子工程師手冊(cè)編輯委員會(huì)編2電工電子實(shí)踐初步 李桂安 主編 南京，東南大學(xué)出版社3multisim電路仿真 王林根主編 高等教育出版社 200346502/6502a/6504/6506系列20/40/60mhz雙通道四蹤示波器 操作手冊(cè)5電工技術(shù) 王巖 編著 高等教育出版社 20016電子工藝 王衛(wèi)平 等編著 北京 電子工業(yè)出版社 20002.四運(yùn)放lm324lm324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如左圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)

33、立。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“v+”、“v-”為正、負(fù)電源端，“vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。lm324的引腳排列見圖2。 圖1 圖 2 圖3 各對(duì)應(yīng)管腳由于lm324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。如上圖3各對(duì)應(yīng)管腳。3.運(yùn)放lf353 lf353的總體電路設(shè)計(jì)還是比較簡(jiǎn)潔的，此類拓?fù)湓谀壳暗墓β蔬\(yùn)算放大器設(shè)計(jì)

34、中是主流：輸入放大級(jí)是由兩只溝道組成的共源極差分電路，并且用鏡像恒流源做負(fù)載來提高增益；在輸入差分放大級(jí)和主電壓放大級(jí)之間是一個(gè)由射極跟隨器構(gòu)成的電流放大級(jí)，用來提高主電壓放大級(jí)的輸入阻抗和共源極差分電路的負(fù)載增益；主電壓放大級(jí)是一個(gè)簡(jiǎn)單的單級(jí)共射極放大電路，為了保證放大器的穩(wěn)定性，在主電壓放大級(jí)的輸出端到輸入差分放大級(jí)的輸出端加入了一個(gè)電容補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，跟補(bǔ)償電容并聯(lián)的二極管保證單級(jí)共射極放大電路構(gòu)成的主電壓放大級(jí)不進(jìn)入飽和狀態(tài)工作；輸出電流放大級(jí)是和構(gòu)成的互補(bǔ)射極跟隨器，兩個(gè)的電阻用來穩(wěn)定輸出電流放大級(jí)的靜態(tài)電流，的電阻用來限制輸出短路電流。 參數(shù)產(chǎn)品寬度：3.91mm 產(chǎn)品長(zhǎng)度：4.9mm

35、產(chǎn)品高度：1.58mm 供應(yīng)商封裝：soic 典型雙電源電壓：±5, ±9, ±12, ±15v 典型增益帶寬積：3mhz 典型電壓增益：100db 典型輸入噪聲電壓密度：18nv/rthz 典型非反相輸入噪聲電流密度：0.01pa/rthz 制造商類型：寬帶放大器 安裝：表面安裝 引腳數(shù)目：8 最大雙電源電壓： ±18v 最大工作溫度：70°c 最大電源電流 ：6.5ma 最大輸入偏置電壓：10mv 最大輸入偏置電流：0.0002a 最小工作溫度：0°c 每芯片通路數(shù)目：2 電源類型：雙路 類別：放大器4. 滯回比較器 關(guān)

36、于比較器滯回的討論需要從“滯回”的定義開始, 與許多其它技術(shù)術(shù)語一樣, “滯回”源于希臘語, 含義是“延遲”或“滯后”, 或阻礙前一狀態(tài)的變化。工程中, 常用滯回描述非對(duì)稱絕大多數(shù)比較器中都設(shè)計(jì)帶有滯回電路, 通常滯回電壓為5mv到10mv。內(nèi)部滯回電路可以避免由于輸入端的寄生反饋所造成的比較器輸出振蕩。但是內(nèi)部滯回電路雖然可以使比較器免于自激振蕩, 卻很容易被外部振幅較大的噪聲淹沒。這種情況下需要增加外部滯回, 以提高系統(tǒng)的抗干擾性能。 首先, 看一下比較器的傳輸特性。圖1所示是內(nèi)部沒有滯回電路的理想比較器的傳輸特性, 圖2所示為實(shí)際比較器的傳輸特性。從圖2可以看出, 實(shí)際電壓比較器的輸出是

37、在輸入電壓(vin)增大到2mv時(shí)才開始改變。 圖1. 理想比較器的傳輸特性 圖2. 實(shí)際比較器的傳輸特性 運(yùn)算放大器在開環(huán)圖3. 無滯回電路時(shí)比較器輸出的模糊狀態(tài)和頻繁跳變 舉個(gè)例子, 考慮圖4所示簡(jiǎn)單電路, 其傳輸特性如圖5所示。比較器的反相輸入電壓從0開始線性變化, 由分壓電阻r1、r2構(gòu)成正反饋。當(dāng)輸入電壓從1點(diǎn)開始增加(圖6), 在輸入電壓超過同相閾值vth+ = vccr2/(r1 + r2)之前, 輸出將一直保持為vcc。在閾值點(diǎn), 輸出電壓迅速?gòu)膙cc跳變?yōu)関ss, 因?yàn)? 此時(shí)反相端輸入電壓大于同相端的輸入電壓。輸出保持為低電平, 直到輸入經(jīng)過新的閾值點(diǎn)5 ,vth- = v

38、ssr2/(r1 + r2)。在5點(diǎn), 輸出電壓迅速跳變回vcc, 因?yàn)檫@時(shí)同相輸入電壓高于反相輸入電壓。 圖4. 具有滯回的簡(jiǎn)單電路 圖5. 圖4電路的傳輸特性 圖6. 圖4電路的/輸出電壓波形 圖4所示電路中的輸出電壓vout與輸入電壓vin的對(duì)應(yīng)關(guān)系表明, 輸入電壓至少變化2vth時(shí), 輸出電壓才會(huì)變化。因此, 它不同于圖3的響應(yīng)情況(放大器無滯回), 即對(duì)任何小于2vth的噪聲或干擾都不會(huì)導(dǎo)致輸出的迅速變化。在實(shí)際應(yīng)用中, 正、負(fù)電壓的閾值可以通過選擇適合的反饋設(shè)置。 其它設(shè)置可以通過增加不同閾值電壓的滯回電路獲得。圖7電路使用了兩個(gè)mosfet和一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)正負(fù)極性的閾值。與圖4

39、所示比較器不同, 電阻反饋網(wǎng)絡(luò)沒有加載到負(fù)載環(huán)路, 圖8給出了輸入信號(hào)變化時(shí)的輸出響應(yīng)。 圖7. 通過外部mosfet和電阻構(gòu)成滯回電路 圖8. 圖7電路的輸入/輸出電壓波形 比較器內(nèi)部的輸出配置不同, 所要求的外部滯回電路也不同。例如, 具有內(nèi)部上拉電阻的比較器,可以在輸出端和同相輸入端直接加入正反饋電阻。輸入分壓網(wǎng)絡(luò)作用在比較器的同相輸入端, 反相輸入電壓為一固定的參考電平(如圖9)。 圖9. 在帶有上拉電阻的比較器中加滯回電路 如上所述, 具有內(nèi)部滯回的比較器提供兩個(gè)門限：一個(gè)用于輸入上升電壓(vthr),一個(gè)用于檢測(cè)輸入下降電壓(vthf), 對(duì)應(yīng)于圖8的vth1和vth2。兩個(gè)門限的差值為滯回帶(vhb)。當(dāng)比較器的輸入電壓相等時(shí), 滯回電路會(huì)使一個(gè)輸入迅速