哈工程處電子線路實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

摘要實(shí)驗(yàn)采用純硬件電路設(shè)計(jì)形式完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)功能。首先用2MHZ自激振蕩器產(chǎn)生頻率為2MHZ的矩形波，用十六進(jìn)制分頻器將輸入的2MHZ矩形波進(jìn)行分頻從而得到125KHZ的矩形波，利用比較器（74LS85）改變矩形波信號(hào)的占空比來實(shí)現(xiàn)正弦波幅度可控，將占空比可調(diào)的125KHZ的矩形波輸入施密特觸發(fā)器（CD4049）中進(jìn)行整形，再將整形波輸入RLC串聯(lián)電路后實(shí)現(xiàn)125KHZ的正弦波的輸出，最后用OTL緩沖器來提高電路的帶負(fù)載能力。實(shí)現(xiàn)功能：實(shí)現(xiàn)一個(gè)精確的125KHZ正弦波發(fā)生器，且幅度可調(diào)。方案特點(diǎn)：電路為純硬件電路，原理圖簡(jiǎn)單易懂，硬件調(diào)試容易，部分實(shí)現(xiàn)功能明確且輸出可測(cè)，有助于電路問題檢測(cè)。設(shè)計(jì)選題：選題六標(biāo)準(zhǔn)125KHZ正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)任務(wù)：實(shí)現(xiàn)一個(gè)精確的125KHZ正弦波發(fā)生器，且幅度可調(diào)。實(shí)驗(yàn)要求：1）分析并依據(jù)所給的設(shè)計(jì)提示畫出原理圖，寫出詳細(xì)電路設(shè)計(jì)報(bào)告2）用示波器分別測(cè)定原理方框圖中節(jié)點(diǎn)（1）、（2）、（3）（4）、（5）處的波形和頻率，與理論結(jié)論進(jìn)行比較，判斷電路是否正確3）使用頻率計(jì)每隔30s測(cè)定輸出正弦波的頻率，通過記錄多組數(shù)據(jù)可以得到頻率穩(wěn)定度。4)改變矩形波的占空比分別使得輸出的正弦波幅度達(dá)到最大和最小 5）重復(fù)2）、3）兩個(gè)步驟6）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論第一章 方案設(shè)計(jì)與論證 方案（一）：使用集成運(yùn)放LM324制作正弦波發(fā)生器文氏橋式正弦波發(fā)生器亦是常用的RC低頻振蕩器,由運(yùn)放構(gòu)成的同相放大器和文氏電橋反饋網(wǎng)絡(luò)組成,基本電路如圖1所示。其中R1、C1、R2、C2正反饋網(wǎng)絡(luò)與R3、R4負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成文氏電橋。如圖所示，由運(yùn)放及R3、R4構(gòu)成的同相負(fù)反饋放大器閉環(huán)增益為 (1)而正反饋網(wǎng)絡(luò)反饋系數(shù)為 (2)經(jīng)整理得 （3）若取R1=R2=R，C1=C2=C，且設(shè)0=1/RC，則 （4）因而反饋系數(shù)幅頻特性為 （5）相頻特性為 （6）可見，僅當(dāng)信號(hào)頻率=0=1/RC時(shí)，f=0，與同相放大器零相移一起使=0，滿足振蕩的相位平衡條件，而且此時(shí)反饋系數(shù)幅值最大。Fvmax=1/3。只要閉環(huán)增益Avf=1+R3/R4略大于3，即R32R4，便能滿足起振時(shí)的振幅條件，電路起振，輸出正弦波信號(hào)。為穩(wěn)定振蕩信號(hào)的幅度和改善信號(hào)波形，需設(shè)自動(dòng)穩(wěn)幅電路。例如可在負(fù)反饋回路上串白熾燈泡、熱敏電阻，或反饋電阻上并接穩(wěn)壓管。當(dāng)振蕩幅度增大時(shí)，負(fù)反饋加強(qiáng)，閉環(huán)增益相對(duì)下降；而振蕩幅度減小時(shí)，增益相對(duì)增大，最終使振蕩幅度穩(wěn)定在某一確定值。方案（二）采用電容三點(diǎn)式圖2所示為西勒電路原理圖它是一種改進(jìn)型的電容三點(diǎn)式振蕩電路，它的主要特點(diǎn)就是與電感L并聯(lián)一可變電容C4。這種電路保持了克拉潑電路中晶體管與回路耦合弱的特點(diǎn)，頻率穩(wěn)定度高。因?yàn)橛肅4改變震蕩頻率，且接入系數(shù)p1、p2不受影響，所以整個(gè)波段中振蕩振幅比較平穩(wěn)。西勒振蕩電路的振蕩頻率可近似認(rèn)為是其中西勒電路的頻率穩(wěn)定度較高是因?yàn)榻尤胄‰娙軨3。由于回路電感的Q值不可能做得很高，因而限制了C3的進(jìn)一步減小，其頻率穩(wěn)定度只能達(dá)到到，相對(duì)于石英晶體來說頻率穩(wěn)定度小。方案（三）使用石英晶體振蕩器產(chǎn)生正弦波使用高度穩(wěn)定的石英晶體振蕩電路產(chǎn)生高穩(wěn)定度的正弦波，之后經(jīng)過十六分頻使其頻率變?yōu)?25KHZ正弦波，再由施密特進(jìn)行整形，利用RLC串聯(lián)諧振電路將其一次諧波慮出，即為標(biāo)準(zhǔn)的125KHZ正弦波，最后通過OTL電路來提高其帶負(fù)載能力。與前兩種方案相比，此方案電路原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，部分電路模塊功能明確易于調(diào)試，輸出波形不易失真且頻率穩(wěn)定度高。第二章 單元原理圖說明1、2MHZ的矩形波發(fā)生電路電路說明： 石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來起振，其特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度高。一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，一般的晶振的負(fù)載電容為15p或12.5p ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè)22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。2、占空比可調(diào)的125KHZ正弦波發(fā)生電路此部分功能使用計(jì)數(shù)器74LS161，比較器74LS85和撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)。1）計(jì)數(shù)器74LS16174LS161是十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，它有四位輸出端口，輸出015由Q3端輸出的波形是經(jīng)過十六分頻后得到的125KHZ的矩形波。其功能表如下：2）使用74LS85和撥碼開關(guān)改變矩形波信號(hào)的占空比電路說明：74LS85比較器進(jìn)行A和B的比較，A是由十六進(jìn)制輸出數(shù)據(jù)，B是由通過撥碼開關(guān)的設(shè)置輸出015，3個(gè)輸出端分別為AB,AB或AB端輸出，設(shè)置好B，若AB則輸出低電平，反之輸出高電平，例如設(shè)置B為0100則只有計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0101時(shí)才有高電平輸出，因此B越大占空比越小。輸出功率由高電平持續(xù)時(shí)間決定，高電平持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)及占空比越大輸出功率越高，輸出功率與輸出幅度的平方成正比，輸出功率越大則幅度越大，所以B越大占空比小輸出幅度小，因此實(shí)現(xiàn)了占空比和輸出幅度可調(diào)。撥碼開關(guān)：四個(gè)電阻一端與5管腳的VCC另一端與撥碼開關(guān)對(duì)應(yīng)管腳相連，撥碼開關(guān)接地。當(dāng)把檔位撥到ON時(shí)輸出低電平，當(dāng)把檔位恢復(fù)時(shí)輸出高電平，從而實(shí)現(xiàn)了高低電平的輸出。3、整形電路本實(shí)驗(yàn)使用 CD4049對(duì)輸出125KHZ矩形波進(jìn)行整形其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可知，每一個(gè)輸入端都經(jīng)過一反相器有對(duì)應(yīng)的輸出端，在實(shí)驗(yàn)中我們選擇有3輸入，由2輸出。4、標(biāo)準(zhǔn)125KHZ正弦波發(fā)生電路此功能由RLC串聯(lián)諧振電路和OTL功率放大電路實(shí)現(xiàn)電路圖如圖所示：1） RLC串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振頻率為 顯然，諧振頻率只與電路參數(shù)L和C，而與電阻R無關(guān)。調(diào)整L、C、f中任何一個(gè)量都能產(chǎn)生諧振。根據(jù)要求中心頻率為125KHZ由公式算出參數(shù)大小，選取1mH電感,1800P的電容。2） OTL功率放大器此電路的作用是將輸入的信號(hào)進(jìn)行放大，并提高其驅(qū)動(dòng)能力。其中由晶體管Q3（8550）組成推動(dòng)級(jí)，Q1（8050）、Q2（8550）是一對(duì)參數(shù)對(duì)稱的NPN和PNP型晶體管，OTL功放電路。二極管D為Q1、Q2提供偏壓，使Q1、Q2工作于甲乙類狀態(tài)，以克服交越失真。由于每個(gè)管子都接成射極輸出器形式，因此具有輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合用作功率輸出級(jí)。所以將信號(hào)通過功率放大器可以提高其帶負(fù)載能力。第三章 測(cè)試方法與數(shù)據(jù)一、測(cè)試方法：1）：測(cè)試晶體振蕩器輸出信號(hào)，即使用示波器測(cè)（9）管腳，觀察電路是否起振，若起振記錄輸出波形，頻率，幅度。2）：測(cè)試74LS85輸出信號(hào)，即使用示波器測(cè)（5）管腳，觀察是否分頻，撥動(dòng)撥碼開關(guān)觀察輸出波形的占空比及幅度是否改變，同時(shí)記錄撥碼開關(guān)處于兩個(gè)狀態(tài)時(shí)（5）管腳的輸出波形，幅度，頻率，并且記錄輸出幅度最大（占空比50%）時(shí)撥碼開關(guān)的狀態(tài)。3）觀察整形后的輸出波形，即使用示波器測(cè)（3）管腳。4）測(cè)試RLC串聯(lián)諧振電路輸出信號(hào)，即使用示波器測(cè)經(jīng)過C3后的輸出波形，觀察是否有正弦波產(chǎn)生，記錄輸出波形，幅度，頻率；使用頻率計(jì)每隔30S記錄信號(hào)頻率，記錄多組。5）測(cè)試OTL功放電路的輸出信號(hào)，記錄輸出波形，幅度，頻率。注：頻率準(zhǔn)確度：頻率的實(shí)際值相對(duì)于標(biāo)稱值的相對(duì)偏差。 頻率穩(wěn)定度：描述輸出頻率受噪聲影響而產(chǎn)生隨機(jī)起伏程度的量，數(shù)學(xué)表征用Allan(阿倫)方差的平方根值。阿倫方差計(jì)算公式：采樣間隔為 ，測(cè)量m+1個(gè)數(shù)。二、數(shù)據(jù)記錄第四章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與總結(jié)一、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)最終得出的數(shù)據(jù)和波形可以得出結(jié)論，電路基本實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)要求。2、根據(jù)理論分析可知，當(dāng)撥碼開關(guān)處于0110是輸出方波占空比為50%此時(shí)幅度達(dá)到最大值。3、由以上記錄數(shù)據(jù)得出的結(jié)論與理論值相一致;由頻率穩(wěn)定度可以看出石英晶體的頻率穩(wěn)定度的確很高。4、通過（2）（3）兩點(diǎn)的波形比較，（3）點(diǎn)的波形比（2）點(diǎn)的波形更標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了觸發(fā)器的完好的整形功能。5、（4）點(diǎn)波形為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，說明RLC諧振起作用。綜上所述：電路基本實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)要求，產(chǎn)生了標(biāo)準(zhǔn)的125KHZ的正弦波，頻率穩(wěn)定度高，占空比和幅度可調(diào)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)較成功。二、問題分析1、在開始測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)沒有波形，首先我檢查了電路的連接，經(jīng)與電路圖比較發(fā)現(xiàn)無錯(cuò)誤，接著我用萬用表測(cè)量每一個(gè)管腳電壓值，發(fā)現(xiàn)異常，發(fā)現(xiàn)電路中存在虛焊，于是對(duì)問題部分進(jìn)行了重新焊接。2、再次接上電源后，發(fā)現(xiàn)中間芯片發(fā)燙異常，于是即刻斷開電源，檢查電路部分，發(fā)現(xiàn)了短路現(xiàn)象，改正后電路正常工作。3、在調(diào)試電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)OTL電路輸出不為正弦波，我猜測(cè)是由于OTL電路中某個(gè)元件損壞所致，經(jīng)過用萬用表排查后發(fā)現(xiàn)三極管內(nèi)部短路，更換后波形正常。附錄一：總電路圖附錄3：參考文獻(xiàn)1 陳曉平.Protel 99 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