正弦信號(hào)發(fā)生器(幅值頻率可調(diào))

1、 學(xué)號(hào)：2011013732 西北農(nóng)林科技大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目：正弦信號(hào)發(fā)生器(幅值頻率可調(diào))學(xué)院(系)：機(jī)械與電子工程學(xué)院專業(yè)年級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2013年7月3日目錄1. 設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求- 1 -1.1 課題要求- 1 -1.2具體要求- 2 -1.3課題摘要：- 2 -1.4設(shè)計(jì)步驟：- 2 -2. 設(shè)計(jì)方案確定- 3 -3. 硬件電路設(shè)計(jì)- 4 -3.1整體電路框圖- 4 -3.2 主要元器件介紹- 4 -3.2.1 NE555芯片- 4 -3.2.2 555定時(shí)器接成多諧振蕩器- 6 -3.2.3 NE5532P芯片- 6 -3.3 整體電路設(shè)計(jì)-

2、 7 -3.4分立電路的設(shè)計(jì)及元件參數(shù)的選取及計(jì)算- 8 -3.4.1 555多諧振蕩電路- 8 -3.4.2帶通濾波電路- 8 -3.4.3反向比例運(yùn)算放大器- 9 -4.調(diào)試與仿真- 10 -4.1使用的主要儀器和儀表- 10 -4.2分立電路的仿真（仿真圖、操作的步驟、方法和結(jié)果）- 10 -4.2.1 仿真圖- 10 -4.2.2仿真結(jié)果- 10 -4.3調(diào)試電路的方法和技巧：- 12 -5. 總結(jié)- 13 -6. 參考文獻(xiàn)- 15 -附錄一- 16 -1.元器件清單- 16 -2.電路原理圖- 17 -3.PCB封裝圖- 18 -4.3D效果圖- 21 -1. 設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1.1

3、 課題要求:設(shè)計(jì)一個(gè)頻率幅值可調(diào)的正弦信號(hào)發(fā)生器 1.2具體要求：1.利用振蕩電路產(chǎn)生正弦信號(hào)，要求有可調(diào)參數(shù)用以修改頻率 2.利用放大電路控制輸出信號(hào)振幅。1.3課題摘要：本次課程設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的正弦信號(hào)發(fā)生器所使用的方法是由方波經(jīng)濾波器產(chǎn)生正弦信號(hào)。方波信號(hào)由555數(shù)字芯片所組成的多諧振蕩器所產(chǎn)生，其中調(diào)節(jié)多諧振蕩器中的滑動(dòng)變阻器便可產(chǎn)生出所需要的信號(hào)的頻率，經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾除雜波成分，再經(jīng)過(guò)放大倍數(shù)可調(diào)的運(yùn)算放大器，便可產(chǎn)生出所需的幅值可調(diào)的正弦波。本次設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器制作成本不高，電路簡(jiǎn)單，可以節(jié)約人力物力資源，還具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。1.4設(shè)計(jì)步驟： （1）利用555振蕩器產(chǎn)生2.2KHZ

4、19.5KHZ 的方波信號(hào)，電位器R3的調(diào)節(jié)范圍是：3.33%-100%，阻值是1K30K。（2）利用濾波電路或調(diào)諧電路產(chǎn)生穩(wěn)定的2.2KHZ-6.2KHZ 的正弦波信號(hào)，電位器R3的調(diào)節(jié)范圍是31.1%-100%，阻值為9.33K30K。（3）設(shè)計(jì)增益可調(diào)的放大器使輸出信號(hào)幅值在0V15V之間可調(diào)。2. 設(shè)計(jì)方案確定方波信號(hào)的產(chǎn)生由555多諧振蕩器經(jīng)過(guò)周期性的振蕩產(chǎn)生，濾波電路部分有三種方案：第一種是用低通濾波器產(chǎn)生正弦波，第二種是利用帶通濾波器產(chǎn)生正弦波，第三種是利用調(diào)諧濾波電路來(lái)產(chǎn)生正弦波。方案一：低通濾波器法：濾波電路由兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成，它的功能是通過(guò)從零到某一截

5、止角頻率的低頻信號(hào)，而對(duì)大于截止頻率的的所有頻率給予衰減。方案二：帶通濾波器法：帶通電路可以由低通電路和高通電路經(jīng)串聯(lián)組成，而高通濾波器可由低通濾波器中的R和C的位置互換而得到。只要低通濾波器的截止角頻率大于高通濾波器的截止角頻率，兩者覆蓋的帶同就提供了一個(gè)帶帶通響應(yīng)。方案三：利用調(diào)諧電路來(lái)產(chǎn)生正弦波信號(hào)，調(diào)諧電路中設(shè)計(jì)好LC振蕩電路的振蕩頻率，當(dāng)外加的頻率和振蕩電路的頻率相同的時(shí)候，電路由于諧振，就可以通過(guò)LC振蕩來(lái)把方波濾波成正弦波。經(jīng)綜合比較，方案二的優(yōu)點(diǎn)明顯，本實(shí)驗(yàn)采用方案二。由555多諧振蕩器產(chǎn)生基頻為2.2KHZ20KHZ的方波信號(hào)的信號(hào)，如果需要一定頻率成分的分量，則需要經(jīng)過(guò)帶通

6、濾波器產(chǎn)生。現(xiàn)在利用帶通濾波器來(lái)產(chǎn)生3KHZ 的正弦波。下面著重介紹用帶通電路產(chǎn)生3KHZ的正弦波。3. 硬件電路設(shè)計(jì)3.1整體電路框圖示波器顯示反向運(yùn)算放大電路帶通濾波電路555多謝振蕩電路圖3-1 正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)整體框圖3.2 主要元器件介紹3.2.1 NE555芯片 555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。 其管腳圖、內(nèi)部功能框圖、內(nèi)部邏輯電路圖及邏輯功能真值表如下圖所示：圖3-2 NE555各腳功能-管腳圖圖3-3 NE555內(nèi)部功能框圖圖3-4 NE555內(nèi)部邏輯電路圖表3-1 555時(shí)基電路的功能表清零端高觸發(fā)

7、端TH低觸發(fā)端Q放電管T功能0xx0導(dǎo)通直接清零101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)110x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)1010110導(dǎo)通截止置1 清零3.2.2 555定時(shí)器接成多諧振蕩器圖 3-5 多諧振蕩器和工作波形多諧振蕩器又稱為無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒(méi)有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。 接通電源后，假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是CCR1R2 C地，按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到時(shí)（TH、端電平大于），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。是低電平，T導(dǎo)通，C放電，放電回路為

8、CR2T地，按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)下降到時(shí)（TH、端電平小于），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得 輸出高電平時(shí)間 T=(R1+R2)Cln2 輸出低電平時(shí)間T=R2Cln2 振蕩周期 T=(R1+2R2)Cln2 3.2.3 NE5532P芯片 圖3-6 NE5532P芯片引腳圖 芯片8腳和4腳分別接正負(fù)電源,一塊集成芯片內(nèi)包含有兩片運(yùn)放，即有兩個(gè)輸出腳，分別為1腳和7腳，兩個(gè)同相輸入端3腳和5腳和兩個(gè)反向輸入端2腳和6腳。其極限參數(shù)如下：工作電壓Min.(V):±3；工作電壓Max.(V):±20；帶寬GBW(典型值)(MHz)

9、:10；轉(zhuǎn)換速率(典型值)(V/us):9；輸入失調(diào)電壓(25,Max.)(mV):4.0±15 V；最大工作電流ID(mA):8；共模抑制比(Min.)(dB):100；電源供電方式:雙。 本次利用NE5532接成帶通濾波器里面的同相放大器和放大電路里面的反向放大器，可以只用兩片NE5532，接電路時(shí)正負(fù)電源端公用，一個(gè)電路接1,2,3腳，另一個(gè)電路接5,6,7腳，這樣可以節(jié)約成本。3.3 整體電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的整體電路圖如圖3-7所示。圖3-7 正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)整體電路圖3.4分立電路的設(shè)計(jì)及元件參數(shù)的選取及計(jì)算3.4.1 555多諧振蕩電路（1）如圖所示，由555定時(shí)器和外接電

10、阻R2、R3和C2構(gòu)成多諧振蕩器，利用電源通過(guò)R2、R3向C2充電，以及C2通過(guò)R3向放電端DIS放電，使電路產(chǎn)生振蕩。（2）所接的電源電壓為5V，通過(guò)調(diào)節(jié)R3可以調(diào)節(jié)振蕩器的輸出頻率。圖3-8 555多諧振蕩電路部分（3）振蕩電路參數(shù)計(jì)算如下：所以，振蕩電路可以產(chǎn)生頻率為2.2KHZ-19.5KHZ的方波信號(hào)。圖3-9 帯通濾波電路3.4.2帶通濾波電路（1）如圖所示為兩個(gè)帯通濾波器串聯(lián)而成，其目的為使輸出的正弦波波形更平整。（2）R1、C4和R8、C6分別構(gòu)成兩個(gè)帯通濾波器的低通濾波電路，C1、R5和C5、R10分別構(gòu)成兩個(gè)高通濾波電路。（3）帯通濾波器各參數(shù)計(jì)算如下：為了使輸出波形變的更

11、好，現(xiàn)采用兩個(gè)帶通濾波器串聯(lián)作為整個(gè)設(shè)計(jì)的濾波電路。3.4.3反向比例運(yùn)算放大器 因?yàn)樾盘?hào)經(jīng)過(guò)前面的濾波電路后，經(jīng)同相比例放大電路進(jìn)行了放大，故本放大電路采用反向比例放大電路，降低輸出電壓的幅度，并且通過(guò)調(diào)節(jié)R14和R15，使輸出信號(hào)幅度在0V15V之間可調(diào)。圖3-10 反向比例運(yùn)算放大器4.調(diào)試與仿真4.1使用的主要儀器和儀表 數(shù)字示波器，穩(wěn)壓電源，Multisim12仿真軟件，Altium Designer Winter 13 畫(huà)圖軟件。4.2分立電路的仿真（仿真圖、操作的步驟、方法和結(jié)果）4.2.1 仿真圖分離電路仿真圖見(jiàn)第三章圖3-8，3-9，3-10。正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的整體電路圖為

12、圖3-7。4.2.2仿真結(jié)果1.用Multisim12仿真軟件進(jìn)行仿真的效果如下：頻率可調(diào)的方波波型：方波的可調(diào)頻率范圍是：2.2KHZ20KHZ圖4-1 方波信號(hào)波形圖2.帶通濾波器產(chǎn)生的正弦波信號(hào)圖4-2 濾波后的正弦波3運(yùn)算放大器產(chǎn)生幅度可調(diào)的正弦波信號(hào)圖4-3輸出正弦波波形4.3調(diào)試電路的方法和技巧： （1） 調(diào)試電路的成功與否，很大程度上取決于電路原理圖的繪畫(huà)合理與否，特別是對(duì)于模擬電路來(lái)說(shuō)，如果電路原理圖繪畫(huà)得不合理，再加上電路板的質(zhì)量不好以及畫(huà)線與畫(huà)線之間的干擾，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路上的干擾比較大，最后波形會(huì)出不來(lái)。（2）在畫(huà)電路原理圖之前，首先用仿真軟件Multisim12 對(duì)電路進(jìn)

13、行仿真，觀察在理想情況輸入理想?yún)?shù)的到的波形，這樣再畫(huà)電路原理圖，就可以減少一些錯(cuò)誤。（3）畫(huà)PCB圖最好要用手動(dòng)布線，因?yàn)樽詣?dòng)布線會(huì)有很多不合理的地方，或者自動(dòng)布線后在手動(dòng)調(diào)整，布線時(shí)盡量避免過(guò)多的平行線，線長(zhǎng)要最短，這樣可以減少干擾。（4）在芯片的位置，最好不要過(guò)孔，否則會(huì)造成焊接困難，線寬不宜太細(xì)，焊盤可適當(dāng)調(diào)整大小，最重要的是要注意各元件的封裝。在制作完電路板之后，通電測(cè)試前，仔細(xì)檢查電路板有無(wú)存在短路現(xiàn)象，檢查芯片，極性電容等元件是否裝反或漏裝。5. 總結(jié)這次課程設(shè)計(jì)的制作中我學(xué)習(xí)了multisim12與altium designer的使用，初步了解了原理圖、PCB板的繪制方法，學(xué)會(huì)

14、了電路的仿真。在PCB電路板的制作過(guò)程中我從同學(xué)和老師那里學(xué)習(xí)了不小制作和調(diào)試電路板的方法和經(jīng)驗(yàn)。首先是實(shí)踐必須要有相關(guān)的理論知識(shí)作為支撐，做設(shè)計(jì)之前必須要把相關(guān)的理論搞清楚，要有總體的設(shè)計(jì)思想。其次是在制作電路板之前有必要先進(jìn)行仿真一下，這樣有利于減少失誤，可以節(jié)約成本。這個(gè)過(guò)程中我也深深的體會(huì)到了自己的理論知識(shí)的缺乏，基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)得不是很好，動(dòng)手能力還相對(duì)較差，以后一定要重視對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我了解了帶通濾波電路在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，同時(shí)讓我更好地掌握了各種電路的分析、調(diào)試與計(jì)算方法，收悉了振蕩電路的各種原理和帯通濾波器的使用方法，更深刻地理解了課本知識(shí)。在此次作課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我

15、深深地感受到自己所學(xué)知識(shí)的有限和對(duì)所學(xué)知識(shí)的生疏，明確了不僅要學(xué)課本知識(shí)，還要再通過(guò)圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)等各種渠道來(lái)擴(kuò)充自己的知識(shí)，并且要學(xué)會(huì)對(duì)所學(xué)內(nèi)容的取舍及分析?？傊?，從中我學(xué)到了如何對(duì)待遇到的困難。增強(qiáng)了對(duì)所學(xué)知識(shí)的思考整合能力，培養(yǎng)了自己的思維能力。在做課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，老師給了很大的自由發(fā)揮的空間，可以自己選題，讓我自己運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去分析和解決實(shí)際問(wèn)題。課程設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題，可以鍛煉我們的實(shí)踐能力，是對(duì)我們實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。在這課程設(shè)計(jì)的幾天里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多的東西，不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很

16、多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次強(qiáng)化訓(xùn)練使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在具體實(shí)踐的過(guò)程中難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。通過(guò)該強(qiáng)化訓(xùn)練，使我對(duì)高頻電子線路、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的學(xué)習(xí)有了一個(gè)系統(tǒng)地、整體的認(rèn)識(shí)，把原來(lái)零散的章節(jié)學(xué)習(xí)組合成了一個(gè)整體，進(jìn)一步了解了調(diào)制的概念，收獲很大。在做multisim仿真與PCB圖的繪制的過(guò)程中我遇到了很多問(wèn)題，比如說(shuō)我認(rèn)為兩根線是

17、連接在一起的，但是放大后卻發(fā)現(xiàn)兩根線是互不相連的，一個(gè)節(jié)點(diǎn)就可以導(dǎo)致整個(gè)實(shí)驗(yàn)的失敗，可謂是牽一發(fā)而動(dòng)全身，因此，在畫(huà)電路圖時(shí)，一定要仔細(xì)，把每個(gè)點(diǎn)、每根線都連接好，這樣最后調(diào)試的時(shí)候才不容易出錯(cuò)。在做調(diào)制器電路的時(shí)候，我把電路連接好后觀測(cè)不到波形，檢查連線都沒(méi)有問(wèn)題，最后終于發(fā)現(xiàn)原來(lái)是我錯(cuò)把-12V的電源弄成+12V的電源了，因此無(wú)法觀測(cè)到波形。在用示波器同時(shí)觀察兩個(gè)波形時(shí)，可以把其中一個(gè)信道的顏色設(shè)為紅色或者其它顏色，以方便區(qū)分。當(dāng)我看到示波器上清晰地顯示出理論波形時(shí)，興奮之情難以言表。對(duì)我而言，從這次強(qiáng)化訓(xùn)練中學(xué)到的知識(shí)上很重要，精神上的豐收也很重要。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次實(shí)習(xí)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶！這次課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我一絲不茍的科學(xué)態(tài)度和做學(xué)問(wèn)應(yīng)有的耐心及恒心，也使我認(rèn)識(shí)到做事要不畏困難和迎難而上的重要要性。所有的這些將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)或工作產(chǎn)生很大的幫助。在此我也想感謝幫助過(guò)我的老師和同學(xué)。6. 參考文獻(xiàn)1 童詩(shī)白、華成英主編者.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). M北京：高等教育出版社，2006年2 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，北京，高等教育出版社，第五版 3 程勇.實(shí)例講解 Multisim 1