河南理工數(shù)電課程設(shè)計信號產(chǎn)生與變換電路的設(shè)計

1、信號產(chǎn)生與變換電路的設(shè)計電氣XXXXXXX摘要： 通過555定時器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生占空比為0.5的方波，然后分別通過積分、濾波電路輸出三角波、正弦波、三倍頻率正弦波。放大器件為LM324N四路放大器。實驗包括仿真與實際連線兩步，仿真采用Multisim仿真軟件，連線采用面包板。1設(shè)計思路與整體框圖 根據(jù)題目要求，本次設(shè)計的基本完成思路是采用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生占空比為0.5的方波，然后分別通過積分、濾波電路輸出三角波、正弦波、三倍頻率正弦波。 整體框圖：圖1整體框圖2硬件電路設(shè)計 方波發(fā)生電路的設(shè)計與計算圖2方波產(chǎn)生電路 利用555與外圍元件構(gòu)成多諧振蕩器，來產(chǎn)生方波的原理。用55

2、5定時器組成的多諧振蕩器如圖2所示。接通電源后，電容C1被充電，當(dāng)電容C1上端電壓Vc升到2Vcc/3時使555第3腳V0為低電平，同時555內(nèi)放電三極管T導(dǎo)通，此時電容C1通過R2、T放電，Vc下降。當(dāng)Vc下降到Vcc/3時，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C1放電所需的時間為： 當(dāng)放電結(jié)束時，T截止，Vcc將通過R1、R2向電容器C1充電，Vc由Vcc/3 上升到2Vcc/3所需的時間為： 當(dāng)Vc上升到2Vcc/3時，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波。電路的工作波形如圖2，其震蕩頻率為：令R1=R2,即可得到占空比為50%的方波。圖3方波波形圖2.2

3、三角波發(fā)生電路的設(shè)計與計算圖4三角波產(chǎn)生電路圖5三角波波形圖如上圖是一個由方波轉(zhuǎn)換為三角波的電路圖以及輸出波形圖，當(dāng)A很大時，運放兩輸入端為虛地，忽略流入放大器的電流，令輸入電壓為Vi輸出為Vo，流過電容C的電流為i1，則有： 即輸出電壓與輸入電壓成積分關(guān)系。 當(dāng)vi為固定值時： 上式表明：輸出電壓按一定比例隨時間作直線上升或下降。當(dāng)輸入為矩形波時，輸出便成為三角波。此外，由于電容和滑動變阻器的存在，使得輸出的三角波在輸入矩形波頻率一定的時候也能適當(dāng)調(diào)整，同時電容的存在，又濾除了其他波的干擾。提高了系統(tǒng)的抗干擾性。2.3 基波正弦波產(chǎn)生電路的設(shè)計與計算 圖6基波正弦波產(chǎn)生電路圖圖7基波正弦波波

4、形圖為了計算簡便，設(shè)R4=R,R5=2R,則由KCL列出方程，可導(dǎo)出帶通濾波電路的傳遞函數(shù)為式中AVF為同相比例放大電路的電壓增益，同樣要求AVF3，電路才能穩(wěn)定地工作。令 則有 上式為二階帶通濾波電路傳遞函數(shù)的典型表達式，其中w0=1（RC),既是特征角頻率，也是帶通濾波電路的中心角頻率。令s=j 帶入式2，則有表明當(dāng)=時，電路具有最大電壓增益。則由方波頻率周期可以計算出所選各元器件的值。2.4三次正弦波產(chǎn)生電路的設(shè)計與計算圖8三次正弦波產(chǎn)生電路圖9三次正弦波波形圖 三次正弦波的產(chǎn)生工作原理與基波正弦波產(chǎn)生相似，只需要個該中心角頻率與截止頻率即可計算出三次正弦波產(chǎn)生電路各元器件的大小。3電路

5、仿真結(jié)果分析 整體電路圖如下：圖10整體電路圖仿真結(jié)果分析： 經(jīng)過多次調(diào)整后，仿真結(jié)果與預(yù)期基本一致，所有波形均可出現(xiàn)，且與理論計算值相差較小，但可能由于軟件的原因，在仿真過程中有時會出現(xiàn)假死，或輸出波形發(fā)散等現(xiàn)象，但通過重啟和調(diào)試后均得已解決。4電路實驗結(jié)果分析實驗結(jié)果：按照仿真電路圖插好面包板，在實驗室使用示波器測得的實驗結(jié)果如下：方波三角波基波正弦波三次正弦波正常正常正?；菊＝Y(jié)果分析與體會：電子技術(shù)是一門理論與實踐密切相關(guān)的學(xué)科，如果光靠理論，我們就會學(xué)的頭疼，如果借助實驗，效果就不一樣了，特別是數(shù)字電子技術(shù)實驗，能讓我們自己去驗證一下書上的理論，自己去設(shè)計，這有利于培養(yǎng)我們的實際設(shè)計能力和動手能力。 實物連接的過程中并不順利，本來在仿真圖上完美的結(jié)果，放到實物里就出現(xiàn)了很多問題:1.連線的過程中總是出現(xiàn)各種問題，如方波開始不出現(xiàn)，調(diào)試后正常；正弦波由于器材的準備不充分，未購買到合適的原件，出現(xiàn)了形似正弦波失的真波形，而且3次諧波變成了2次諧波；3.實驗過程中，可能由于面包板連線并不牢固，或者示波器出現(xiàn)故障，有時前一秒電路還好好的，下一次再測試時又變成了錯誤值，更有很大偏差；4.同時在示波器上測試兩個的信號是，有時無法正常出現(xiàn)波形，但在示波器上單獨測試每一個波形卻可以得到正常結(jié)果；本次實驗是在沒有指導(dǎo)書，沒有現(xiàn)成的公式和實驗步驟下，完全由自己決定