數(shù)字電路多諧振蕩器_圖文

1、數(shù)字電路設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題:使用門電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)自激多諧振蕩器專業(yè)班級(jí):13電信卓越班學(xué)生姓名:陳軍波學(xué)號(hào):130807002指導(dǎo)教師:許糧老師設(shè)計(jì)時(shí)間:2014年12月27日自激多諧振蕩器一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1. 掌握使用門電路構(gòu)成信號(hào)脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路的基本方法;2. 掌握影響輸出脈沖波形參數(shù)的定時(shí)原件數(shù)值的計(jì)數(shù)方法;3. 學(xué)習(xí)石英晶體穩(wěn)頻原理和使用石英晶體構(gòu)成振蕩器的方法;4.掌握555集成時(shí)基電路的基本應(yīng)用。二、方案設(shè)計(jì)與論證1.方案一、對(duì)稱型多諧振蕩器 2. 兩個(gè)反相器G1,G2 非稱型多諧振蕩器設(shè)計(jì) 3.方案三、石英晶體穩(wěn)頻的多諧振蕩器 圖3 石英晶體穩(wěn)頻多諧振蕩器4.方案四 使用55

2、5定時(shí)器接成的多諧振蕩器方波 圖4555構(gòu)成的多諧振蕩器三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 如圖3所示。當(dāng)要求多諧振蕩器的工作頻率穩(wěn)定性很高時(shí),上述幾種多諧振蕩器的精度已不能滿足要求。為此常用石英晶體作為信號(hào)頻率的基準(zhǔn)。用石英晶體與門電路構(gòu)成的多諧振蕩器常用來(lái)為微型計(jì)算機(jī)等提供時(shí)鐘信號(hào)。石英晶體具有很好的選頻特性。當(dāng)振蕩信號(hào)的頻率和石英晶體的固有諧振頻率相同時(shí),石英晶體呈現(xiàn)很低的阻抗,信號(hào)很容易通過(guò),而其它頻率的信號(hào)則被衰減掉。因此,將石英晶體串接在多諧振蕩器的回路中就可組成石英晶體振蕩器,這時(shí),振蕩頻率只取決于石英晶體的固有諧振頻率f0,而與RC無(wú)關(guān)。另外,石英晶體不但頻率特性穩(wěn)定,而且品質(zhì)因數(shù)Q很

3、高,有極好的選頻特性。石英晶體的頻率穩(wěn)定度可達(dá),可滿足大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)對(duì)頻率穩(wěn)定度的要求。所以,石英晶體振蕩器的周期為:T=RC取fo=32768HZ,R=1K,電容C=0.05uf4.由圖4可知,振蕩周期12T T T =+。1T 為電容充電時(shí)間,2T 為電容放電時(shí)間。 充電時(shí)間 11212(ln 20.7(T R R C R R C =+ 放電時(shí)間 222ln 20.7T R C R C =矩形波的振蕩周期121212ln 2(20.7(2T T T R R C R R C =+=+ 因此改變1R 、2R 和電容C 的值,便可改變矩形波的周期和頻率。對(duì)于矩形波,除了用幅度,周期來(lái)衡量外,還有

4、一個(gè)參數(shù):占空比q ,q=(脈寬w t /(周期T ,wt指輸出一個(gè)周期內(nèi)高電平所占的時(shí)間。圖(C 所示電路輸出矩形波的占空比111212122T T R R q T T T R R +=+。 取R1=R2=4.7K,電容C=Co=0.01uf四、總原理圖及元器件清單1.原理圖(1對(duì)稱型多諧振蕩器 電容充放電的等效電路圖 電路中各點(diǎn)的波形(2非對(duì)稱型多諧振蕩器 電路中各點(diǎn)的波形 電容的充放電等效電路 (3石英晶體穩(wěn)頻的多諧振蕩器 (4555構(gòu)成多諧振蕩器555定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖(A 及管腳排列如圖(B 所示。 由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖

5、(1所示,其中R1、R2和電容C為外接元件。其工 2.元件清單表1 元件清單 五、仿真必須有仿真平臺(tái)、仿真圖或波形、仿真結(jié)論各方案仿真圖與仿真波形:(1對(duì)稱型多諧振蕩器 仿真結(jié)論:由仿真圖仿真可得,對(duì)稱多諧振蕩器可以產(chǎn)生自激振蕩,接通電源后不需要外加脈沖信號(hào),便能自動(dòng)的產(chǎn)生矩形脈沖。且輸出脈沖寬度由RC充放電時(shí)間決定。如果能合理取值,將得到要求的矩形脈沖信號(hào)。 (2非對(duì)稱型多諧振蕩器 仿真結(jié)論:由仿真圖仿真可得,非對(duì)稱多諧振蕩器可以產(chǎn)生自激振蕩,接通電源后不需要外加脈沖信號(hào),便能自動(dòng)的產(chǎn)生矩形脈沖。且輸出脈沖寬度由RC充放電時(shí)間決定。如果能合理取值,將得到要求的矩形脈沖信號(hào)。 (3石英晶體穩(wěn)頻

6、的多諧振蕩器 仿真結(jié)論:由仿真圖仿真可得,石英晶體多諧振蕩器可以產(chǎn)生自激振蕩,接通電源后不需要外加脈沖信號(hào),便能自動(dòng)的產(chǎn)生矩形脈沖。且輸出脈沖寬度由RC充放電時(shí)間決定。如果能合理取值,將得到要求的矩形脈沖信號(hào)。 (4555構(gòu)成的多諧振蕩器 仿真結(jié)論:由仿真圖仿真可得,555構(gòu)成的多諧振蕩器可以產(chǎn)生自激振蕩,接通電源后不需要外加脈沖信號(hào),便能自動(dòng)的產(chǎn)生矩形脈沖。且輸出脈沖寬度由RC充放電時(shí)間決定。如果能合理取值,將得到要求的矩形脈沖信號(hào)。 用示波器實(shí)際測(cè)量的波形六、安裝與調(diào)試1.電路安裝按照設(shè)計(jì)的仿真圖合理布局,焊接電路板。注意:焊接的時(shí)候有條件的話要先測(cè)量一下分立元件,以免出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤。2

7、.電路調(diào)試按照設(shè)計(jì)的電路圖接好各電路,.打開(kāi)示波器,接通電源,調(diào)節(jié)示波器至出現(xiàn)理想的波形。七、性能、功能測(cè)試與分析1、.功能電路測(cè)試與分析(1測(cè)試步驟1.將焊接好的電路板,接好示波器,芯片接好電源和地;2.檢查電路板是否按照設(shè)計(jì)的電路圖接好了,接地接電源,輸出等狀況;3.打開(kāi)示波器,接通電源,調(diào)節(jié)示波器至出現(xiàn)理想的波形;4.記錄試驗(yàn)波形和相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。(1測(cè)試數(shù)據(jù)輸出脈沖周期T ,脈沖幅度Vm,脈沖寬度Tw,占空比q 等(2數(shù)據(jù)處理誤差計(jì)算1.對(duì)稱多諧振蕩器由示波器可得試驗(yàn)數(shù)據(jù):f=64.23khz 幅值Vm=5*1=5VT1=1.6*50=80us T2=1*50=50us Tw=50usT

8、=T1+T2=130us =TTw q 38.46% 誤差計(jì)算:脈沖寬度 tw2=0.7RC=70us絕對(duì)誤差=7050-70=28.57% 2.非對(duì)稱多諧振蕩器數(shù)據(jù)處理由示波器可得試驗(yàn)數(shù)據(jù):f=64.23khz 幅值Vm=3.6*1=3.6T1=2*5=10us T2=1*9=uf Tw=9usT=T1+T2=19us q=T Tw =199 =47.36% 此時(shí)的變位器u 電阻為R=730誤差計(jì)算: 脈沖寬度tw2=1.2RC=8.67us絕對(duì)誤差=%100*67.867.8-9=3.8% 3.石英晶體多諧振蕩器數(shù)據(jù)處理由示波器可得試驗(yàn)數(shù)據(jù):f=32768hz4.555構(gòu)成的多諧振蕩器T

9、1=1t =370.5uS T 2=2t =249.0 uS T=T 1+T 2=619.5uS f= 1.605Z KH U 0=2.44V U c =2V R 1= 1.25K !0U =0.1V !c U =1V R 2=2.36K 由上原理中的周期公式計(jì)算理論周期和頻率:已知:C=0.15U F R 1=1.25K R 2=2.36K 1120.7(T R R C =+=379.1uS220.7T R C =247.8uS 12T T T =+=626.9uS01f T=1.595KH Z 得出實(shí)驗(yàn)頻率的絕對(duì)誤差:00|r f f E f -=100%=0.6 % 實(shí)驗(yàn)得出的波形如右圖

10、(F:輸出矩形波的占空比q =12122R R R R +=0.6 (5結(jié)論分析(包含誤差分析結(jié)論分析:由數(shù)據(jù)計(jì)算和示波器波形可知,在誤差允許的范圍內(nèi),對(duì)稱多諧振蕩器,非對(duì)稱多諧振蕩器,石英晶體振蕩器,555構(gòu)成的多諧振蕩器可以實(shí)現(xiàn)脈沖波形的產(chǎn)生和整形,并且可以自激振蕩,設(shè)計(jì)的電路成功輸出要求波形,實(shí)驗(yàn)整體成功。簡(jiǎn)單故障排除:(1排除方法介紹自激多諧振蕩器的檢修中,可采用靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試。所謂靜態(tài)測(cè)試即在電路中A 點(diǎn)設(shè)置一斷點(diǎn),此時(shí)可用萬(wàn)用表直流電壓擋測(cè)量?jī)晒芗姌O、基極對(duì)地電壓,若測(cè)得電壓很小,這表示兩管都工作在飽和區(qū),符合相關(guān)電路的設(shè)計(jì)條件。然后將斷點(diǎn)恢復(fù)接通,則電路產(chǎn)生自激振蕩,用萬(wàn)用

11、表直流電壓擋測(cè)量?jī)晒艿募姌O電壓,對(duì)于方波,若 Tk5=Tk6,則:Uc5=Uc6=Ec/2如果測(cè)量?jī)晒艿募姌O電壓都很小(約0.3V ,則表明兩管均處于飽和狀態(tài),電路不起振,可檢查元件參數(shù)是否選對(duì),裝配是否有誤。若電路振蕩頻率較低,則可用萬(wàn)用表直接檢測(cè)Uc5、Uc6大小的變化誤差分析:(1電路板焊接的原件非精確的原件,致使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差;(2焊接電路板不規(guī)范,使測(cè)量誤差較大;(3使用示波器讀取數(shù)據(jù)時(shí),人為因素的影響,使讀取數(shù)據(jù)誤差較大;(4由于測(cè)量?jī)x器本身存在系統(tǒng)誤差,使實(shí)驗(yàn)并不十分精確;(5處理數(shù)據(jù)時(shí),取舍不當(dāng),而造成的實(shí)驗(yàn)誤差等。八、結(jié)論(1多諧振蕩器巧妙地運(yùn)用了電容的沖放電及與非門的通斷

12、條件把直流電轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào),此脈沖信號(hào)經(jīng)放大,再經(jīng)變壓器變壓可實(shí)現(xiàn)直流電轉(zhuǎn)換成交流電。(2多諧振蕩器由門電路和阻容元件構(gòu)成,它沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài),只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài),通過(guò)電容的充電和放電,使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交替,從而產(chǎn)生自激振蕩,輸出周期性的矩形脈沖信號(hào)。如要求輸出振蕩頻率很穩(wěn)定的矩形脈沖時(shí),則可采用石英晶體振蕩器。由于矩形脈沖含有豐富的諧波分量,因此,常將矩形脈沖產(chǎn)生電路稱作多諧振蕩器。(3根據(jù)555定時(shí)器的功能特性,利用電容的充電需要一定的時(shí)間,經(jīng)元件組合,可成為一個(gè)定時(shí)智能電路,以及其它智能開(kāi)關(guān)報(bào)警器等。(4石英晶體具有很好的選頻特性。當(dāng)振蕩信號(hào)的頻率和石英晶體的固有諧振頻率相同時(shí),石英晶體呈現(xiàn)很低的阻抗,信號(hào)很容易通過(guò),而其它頻率的信號(hào)則被衰減掉。因此,將石英晶體串接在多諧振蕩器的回路中就可組成石英晶體振蕩器,這時(shí),振蕩頻率只取決于石英晶體的固有諧振頻率f0,而與RC無(wú)關(guān)。(5對(duì)稱多諧振蕩器由于電路完全對(duì)稱,電容器的充放電時(shí)間常數(shù)相同, 故輸出為對(duì)稱的方波。改變R和C的值,可以改變輸出振蕩頻率。(6仔細(xì)研究一下非對(duì)稱式多諧振蕩器就不難發(fā)現(xiàn),這是對(duì)稱多諧振蕩器電路的近一步簡(jiǎn)化。只要在反饋環(huán)路中保留電容C2,電路就任然沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài),