課程設(shè)計(jì)論文最新版

1、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)課程作業(yè)題 目： 多波形產(chǎn)生電路 姓 名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 院 （系）： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 2015年12月 4日 2015 年 12月 4 日多波形產(chǎn)生電路摘 要運(yùn)算放大器是模擬電路中的特殊的放大器，只要適當(dāng)選取外部元件，就能構(gòu)成各種運(yùn)算電路，如放大、加法、減法、微分和積分等，并因此而得名。方波集成運(yùn)放應(yīng)用范圍十分廣泛，有基本放大電路、比較器電路、簡(jiǎn)單濾波器電路等。正弦波、三角波、矩形波等波形產(chǎn)生電路也可由此產(chǎn)生。通過(guò)對(duì)波形發(fā)生器的原理以及構(gòu)成分析，可設(shè)計(jì)一個(gè)能變換出三角波、正弦波、鋸齒波、方波的函數(shù)波形發(fā)生器。本次設(shè)計(jì)采用555定時(shí)器產(chǎn)生10kHZ-50kHZ方波經(jīng)分壓

2、產(chǎn)生1v方波I。再經(jīng)過(guò)74LS74雙D觸發(fā)器連接成四分頻電路，產(chǎn)生5kHZ-10kHZ的方波II。方波2經(jīng)積分電路產(chǎn)生三角波。正弦波I我們采用三節(jié)低通濾波經(jīng)過(guò)運(yùn)放可得。方波2由基波經(jīng)帶通濾波，選頻出250kHZ的正弦波，再經(jīng)低通濾波與比例放大電路產(chǎn)生出8v的波形得到正弦波II。關(guān)鍵詞 運(yùn)算放大器/積分電路/低通濾波器/帶通濾波/比例放大目 錄中文摘要1 設(shè)計(jì)方案選擇1設(shè)計(jì)方案12 多波形產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)22.1設(shè)計(jì)原理22.2 整體流程框圖33 單元電路設(shè)計(jì)43.1 555多諧振蕩器43.2 74LS74分頻電路53.3 積分電路63.4 低通濾波器83.5 帶通濾波器94 元件參數(shù)選擇104.1

3、 555多諧振蕩器104.2 74ls74分頻器104.3 積分電路104.4 低通濾波器114.5 通濾波器帶11個(gè)人體會(huì)12致謝13(附錄）151 設(shè)計(jì)方案選擇1 設(shè)計(jì)方案555時(shí)基電路選取方案：時(shí)基電路的選取因?yàn)榇舜我a(chǎn)生一個(gè)基波，作為后級(jí)的信號(hào)處理的輸入端，則需要產(chǎn)生一個(gè)占空比固定，頻率可調(diào)的方波，本著以最簡(jiǎn)單的電路來(lái)完成要求，我們采用模擬電子技術(shù)書(shū)上介紹的555和外圍電路構(gòu)成多諧振蕩器3，產(chǎn)生20kHz-50kHz的波形并經(jīng)電阻分壓產(chǎn)生1v的方波I作為基波。利用此方波作為基本信號(hào)。分頻電路選取：74LS74這個(gè)集成塊是一個(gè)雙D觸發(fā)器，其功能比較的多，可用作寄存器，移位寄存器，振蕩器，

4、單穩(wěn)態(tài)，分頻計(jì)數(shù)器等功能。除此之外，數(shù)字電路總的集成塊的用途都是相當(dāng)?shù)亩啵梢愿鶕?jù)情況靈活的運(yùn)用。所以我們采用74ls74雙D觸發(fā)器進(jìn)行四分頻10，然后電阻分壓得到5kHz-10kHz連續(xù)可調(diào)電壓幅度為1V的方波II；三角波產(chǎn)生電路選取：將方波II通過(guò)由LM324四通道運(yùn)放構(gòu)成的積分電路，得到5kHz-10kHz連續(xù)可調(diào)電壓幅度峰峰值為3V的三角波；正弦波I產(chǎn)生電路選?。悍讲ㄊ怯珊芏嗖ㄐ委B加組成的，所以我們采用濾波的方法來(lái)得到我們所需要的波形。但濾波電路有好多種如：無(wú)源和有源低通濾波，高通濾波，帶通濾波電路，帶阻濾波電路，我們采用了最簡(jiǎn)潔的方法即將方波I通過(guò)由LM324四通的道運(yùn)放中的其中之一

5、通道構(gòu)成的三階無(wú)源低通濾波器，得到20kHz-50kHz連續(xù)可調(diào)電壓幅度峰峰值為3V的正弦波I；250kHz正弦波產(chǎn)生方案：因?yàn)橐a(chǎn)生固定的250kHz頻率所以我們決定采用帶通濾波器。將基本信號(hào)固定頻率，然后通過(guò)由LM324四通道的運(yùn)放構(gòu)成的帶通濾波器，得到250kHz左右的正弦波，再通過(guò)由LM324四通道運(yùn)放構(gòu)成的低通濾波與比例放大電路，得到250k峰-峰值8V的正弦波II。2 多波形產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)原理用555定時(shí)器組成多諧振蕩器形成方波信號(hào)將其分壓成幅值1v的，并將此方波作為基波成為濾波電路的輸入信號(hào)，通過(guò)濾波電路產(chǎn)生并輸出正弦波，由電位器來(lái)改變輸出波形的頻率而；另一條路徑的方波信

6、號(hào)輸入數(shù)字電路74LS74，產(chǎn)生頻率持續(xù)可調(diào)的方波。經(jīng)由LM324放大器組成的積分電路得到三角波1-3。555多諧振蕩器：電源接通時(shí)，555的3腳輸出高電平，同時(shí)電源通過(guò)R1，Rp1向電容c充電，當(dāng)c上的電壓到達(dá)555集成電路6腳的閥值電壓（2/3電源電壓）時(shí)，555的7腳把電容里的電放掉，3腳由高電平變成低電平。當(dāng)電容的電壓降到1/3電源電壓時(shí)，3腳又變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)電源再次經(jīng)R1,R2向電容充電。這樣周而復(fù)始，形成振蕩3。74ls74四分頻：74LS74是個(gè)雙D觸發(fā)器，把其中的一個(gè)D觸發(fā)器的Q非輸出端接到D輸入端，時(shí)鐘信號(hào)輸入端CLOCK接時(shí)鐘輸入信號(hào)，這樣每來(lái)一次CLOCK脈沖，D觸發(fā)器

7、的狀態(tài)就會(huì)翻轉(zhuǎn)一次，每?jī)纱蜟LOCK脈沖就會(huì)使D觸發(fā)器輸出一個(gè)完整的方波，這就實(shí)現(xiàn)了二分頻。把同一片74LS74上的兩路D觸發(fā)器串聯(lián)起來(lái)，其中一個(gè)D觸發(fā)器的輸出作為另一個(gè)D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)，這就實(shí)現(xiàn)了四分頻。LM324:四通道運(yùn)算放大器，與一定數(shù)目的電阻電容可以構(gòu)成積分電路、低通濾波器、帶通濾波器，比例放大，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的運(yùn)算處理7-9。圖2-1 LM324結(jié)構(gòu)圖2.2 整體流程框圖圖2-2 多波形產(chǎn)生器設(shè)計(jì)框圖如圖2-1展示了此多波形產(chǎn)生電路的基本工作流程，經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證證明此電路的可行性。3 單元電路設(shè)計(jì)3.1 555多諧振蕩器由555定時(shí)器和外接元件R1、Rp1和C構(gòu)成的多諧振蕩器，2腳與

8、6腳直接相連，電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路也不需要外加觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò)R1、Rp1向電容C充電，使電路產(chǎn)生震蕩，電容在1/3VCC和2/3VCC之間充電和放電，利用Multisim仿真波形如圖3-2所示。 圖3-1 555多諧振蕩器圖3-2 仿真波形圖3-3 實(shí)物波形調(diào)節(jié)電位器Rp1的阻值就可以調(diào)整所產(chǎn)生方波的頻率。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，該電路用少量的元件就可以獲得高精度震蕩頻率和較強(qiáng)的功率輸出能力，輸出的方波經(jīng)過(guò)電阻分壓就得到了穩(wěn)定的20kHz-50kHz連續(xù)可調(diào)的方波I。所以該電路符合設(shè)計(jì)要求。3.2 74LS74分頻電路一個(gè)74LS74 集成芯片有兩個(gè)D觸

9、發(fā)器，一個(gè)D觸發(fā)器可以組成一個(gè)二分頻電路，把其中的一個(gè)D觸發(fā)器的Q非輸出端接到D輸入端，時(shí)鐘信號(hào)輸入端CLOCK接時(shí)鐘輸入信號(hào)，這樣每來(lái)一次CLOCK脈沖，D觸發(fā)器的狀態(tài)就會(huì)翻轉(zhuǎn)一次，每?jī)纱蜟LOCK脈沖就會(huì)使D觸發(fā)器輸出一個(gè)完整的正方波，這就實(shí)現(xiàn)了信號(hào)二分頻。二分頻電路輸入信號(hào)過(guò)零上升沿每到來(lái)一次二分頻器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次便可得到二分頻，把兩個(gè)D觸發(fā)器串聯(lián)起來(lái)，就是四分頻電路。于是基本方波信號(hào)就被分頻成了5kHz-10 kHz的方波，然后經(jīng)過(guò)分壓電路，就得到5kHz-10 kHz的方波幅值為1V的方波II。74LS74四分頻電路原理如圖3-4所示：圖3-4 74LS74四分頻觸發(fā)器實(shí)物效果如圖3-

10、5所示：圖3-5 實(shí)物波形圖3-6 四分頻電路仿真3.3 積分電路積分電路主要用于波形變換、放大電路失調(diào)電壓的消除及反饋控制中的積分補(bǔ)償?shù)葓?chǎng)合。簡(jiǎn)化積分電路圖見(jiàn)圖3-5所示。由圖可以看出，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)了一個(gè)電阻后經(jīng)過(guò)反饋流到電容上，但此時(shí)認(rèn)為電容的初始電量為零，故此時(shí)給電容充電。由理想運(yùn)算放大器的虛短、虛斷性質(zhì)得： （3-1）所以 （3-2）積分電路可將矩形脈沖波轉(zhuǎn)換為鋸齒波或三角波，還可將鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物波。這里設(shè)置的參考電壓為2.5V，由于只有10V單電源供電，選用5V穩(wěn)壓管，將電壓穩(wěn)到5V，然后進(jìn)行分壓，從而得到2.5V參考電壓，其電路如圖3-7所示。積分電路是使輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的時(shí)間

11、積分值成比例的電路，積分電路可將矩形脈沖波轉(zhuǎn)換為三角波，積分電路原理圖如圖3-8所示。 圖3-7 參考電壓圖3-8 簡(jiǎn)化積分電路圖電路將5kHz-10kHz連續(xù)可調(diào)的方波進(jìn)行積分，得到5kHz-10kHz峰峰值3V的三角波，積分電路原理如圖3-9所示；其仿真波形如圖3-10所示。圖3-9 利用DXP繪制的積分電路原理圖圖3-10 仿真波形其仿實(shí)物波形如圖3-11所示。圖3-11 實(shí)物波形3.4 低通濾波器低通濾波器是容許低于截止頻率的信號(hào)通過(guò)， 但高于截止頻率的信號(hào)不能通過(guò)的電子濾波裝置。低通濾波器由兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成，其中同相比例放大電路具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特點(diǎn)。

12、低通濾波器是容許低于截止頻率的信號(hào)通過(guò)， 但高于截止頻率的信號(hào)不能通過(guò)的電子濾波裝置。低通濾波器的作用是抑制高頻信號(hào)，通過(guò)低頻信號(hào)。簡(jiǎn)單理解，可認(rèn)為是通低頻、阻高頻。低通濾波器包括有源低通濾波器和無(wú)源低通濾波器，無(wú)源低通濾波器通常由電阻、電容組成，也有采用電阻、電感和電容組成的。有源低通濾波器一般由電阻、電容及運(yùn)算放大器構(gòu)成，這里所用的是有緣低通濾波器。低通濾波器電路圖如圖3-12。圖3-12 低通濾波器任何周期信號(hào)，都可以看作是不同振幅，不同相位正弦波的疊加。而貫穿時(shí)域與頻域的方法之一是傅里葉分解。此處20kHz-30kHz的方波信號(hào)就可以用低通濾波器將其中的正弦波分離出來(lái)然后得到電壓峰峰值

13、為3V、連續(xù)可調(diào)的20kHz-30kHz正弦波信號(hào)I。仿真信號(hào)如圖3-13。圖3-13 低通濾波仿真波形實(shí)物波形如圖3-14：圖3-14 實(shí)物波形3.5 帶通濾波器帶通濾波器是指能通過(guò)某一頻率范圍內(nèi)的頻率分量、但將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器，與帶阻濾波器的概念相對(duì)。任何一個(gè)周期信號(hào)都可以展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)，也就是若干次正弦波之和，根據(jù)這一原理，可以用帶通濾波器，將頻帶設(shè)置在250kHz左右就可以。本電路將通頻帶設(shè)置在250kHz+20Hz之間，得到諧波分量，然后再用低通濾波器將高于250kHz的諧波分量濾除，即得到250kHz的正弦波分量。此處帶通濾波器和低通濾波器共同工作對(duì)50k

14、Hz的方波進(jìn)行選擇分離，得到固定頻率250kHz峰-峰值8V的正弦波。電路如圖3-11所示。該電路圖所對(duì)應(yīng)的仿真波形如圖3-12所示。圖3-11 正弦波選頻電路圖3-12 正弦波選頻電路仿真波形4 元件參數(shù)選擇4.1 555多諧振蕩器555電路要求R1、R2均應(yīng)大于或等于，但R1+R2應(yīng)小于。其輸出信號(hào)的時(shí)間參數(shù)是： （4-1）所以調(diào)節(jié)R2的阻值，就可以調(diào)節(jié)所產(chǎn)生方波的頻率，然后調(diào)節(jié)輸出端的滑動(dòng)變阻器就可以調(diào)節(jié)所產(chǎn)生方波的幅值。4.2 74ls74分頻器分頻就是用同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)一定的電路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)。四分頻就是通過(guò)有分頻作用的電路結(jié)構(gòu)，在時(shí)鐘每觸發(fā)4個(gè)周期時(shí)，電路輸出1個(gè)周

15、期信號(hào)。用一個(gè)脈沖時(shí)鐘觸發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器每計(jì)4個(gè)數(shù)就清零一次并輸出1個(gè)脈沖，那么這個(gè)電路就實(shí)現(xiàn)了四分頻功能【6】。cp接時(shí)鐘，(接地)，就是Q端接高電平，D端接Q非，值位復(fù)位端都接地。這就組成了一個(gè)二分頻D觸發(fā)器，兩個(gè)D觸發(fā)器串聯(lián)，就構(gòu)成了四分頻器。4.3 積分電路若要進(jìn)行積分電路信號(hào)的積分運(yùn)算，可選用基本積分電路。首先確定時(shí)間常數(shù):的大小決定了積分速度的快慢。其次選擇電路元件：當(dāng)時(shí)間常數(shù)=RC確定后，就可以選擇R和C的值，積分電路的輸入電阻Ri=R，因此往往希望R的值大一些。最后確定RP、Rf：RP為靜態(tài)平衡電阻，用來(lái)補(bǔ)償偏置電流所產(chǎn)生的失調(diào);在積分電容的兩端并聯(lián)一個(gè)電阻Rf，防止積分漂

16、移所造成的飽和或截止現(xiàn)象。于是得到計(jì)算公式： （4-2）4.4 低通濾波器低通濾波器是有兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成，其特點(diǎn)就是輸入阻抗高，輸出阻抗低。低通濾波器是容許低于截止頻率的信號(hào)通過(guò)， 但高于截止頻率的信號(hào)不能通過(guò)的濾波裝置。20kHz-30kHz的方波經(jīng)過(guò)低通濾波器后可以將20kHz-30kHz正弦波過(guò)濾出來(lái)。低通濾波器的通帶電壓增益： （4-3）4.5 帶通濾波器帶通濾波器的帶寬為上限截止頻率與下限截止頻率之差。為低邊截止角頻率，為高邊截止角頻率，為中心角頻率。帶通濾波器有兩個(gè)阻帶:和，因此帶寬。品質(zhì)因數(shù) ：3dB帶寬B=1/（*R3*C）也可根據(jù)設(shè)計(jì)確定的Q、fo、Ao

17、值，求出帶通濾波器的各元件參數(shù)值。 （4-4）上式中， C取0.01uf。帶通濾波器亦可用于一般的選頻放大。5 個(gè)人體會(huì)時(shí)間過(guò)得真快，轉(zhuǎn)眼間開(kāi)放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室電子設(shè)計(jì)就要結(jié)束了。在這里我學(xué)到了很多，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我真切的明白了一個(gè)道理：理論與現(xiàn)實(shí)總是有那么一點(diǎn)差距！ 對(duì)于我個(gè)人的理論學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)，我在運(yùn)用的時(shí)候發(fā)現(xiàn)在這方面欠缺很多。有時(shí)候的一個(gè)小小的知識(shí)點(diǎn)就能打斷自己的整個(gè)思路，經(jīng)過(guò)別人的提醒之后才發(fā)現(xiàn)自己犯的錯(cuò)誤是那么愚蠢。同時(shí)也讓我明白，做任何事都不能閉門(mén)造車(chē)，要學(xué)會(huì)與人交流，在思想的碰撞中發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，學(xué)到新的學(xué)習(xí)方法與思維方式。團(tuán)隊(duì)的分工很重要，只有明確了分工才能使一個(gè)團(tuán)隊(duì)有條不紊的

18、合作下去，不會(huì)使一些人閑著，而另一些人忙不可開(kāi)交。實(shí)物測(cè)試時(shí)由于電壓有毛刺對(duì)波形穩(wěn)定產(chǎn)生影響，為了使波形測(cè)試時(shí)穩(wěn)定，采用了直流電壓源供電使輸出波形較穩(wěn)定，并且工作在電源提供的電壓范圍之內(nèi)，否則會(huì)出現(xiàn)失真。通過(guò)幾天的努力，從查資料到畫(huà)仿真電路圖，認(rèn)認(rèn)真真的學(xué)習(xí)每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，當(dāng)仿真畫(huà)出來(lái)之后，心里想著這樣不就成功了嗎?？墒钱?dāng)我我做出實(shí)物后才知道：實(shí)踐很重要！電路做出來(lái)后，按照仿真上的焊接完畢之后，試過(guò)后發(fā)現(xiàn)按照仿真的值來(lái)根本達(dá)不到我們想要的結(jié)果。最后開(kāi)始一個(gè)電阻一個(gè)電容的換。最后終于調(diào)出來(lái)后發(fā)現(xiàn)電路中的電容電阻基本上全部換了個(gè)遍。作業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)端之始，思緒全無(wú)，舉步維艱。剛開(kāi)做是一片茫然，但通過(guò)逐漸的

19、了解學(xué)習(xí)，對(duì)于題目的認(rèn)識(shí)不斷明了?；剡^(guò)頭來(lái)才發(fā)現(xiàn)原來(lái)課程設(shè)計(jì)也就是這么回事。我深深的明白做任何事情都不能怕，要自己認(rèn)真的動(dòng)手做起來(lái)，不能在那光思考不行動(dòng)。一些問(wèn)題當(dāng)你真的在實(shí)際中遇到了，你會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)并不難解決。對(duì)于我自己來(lái)說(shuō)下一步學(xué)習(xí)要注重理論知識(shí)的提高，努力使自己做到最好。團(tuán)結(jié)就是力量。課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們遇到了很多煩惱。為了調(diào)到一個(gè)理想的波形，我們花了好長(zhǎng)時(shí)間都不見(jiàn)好轉(zhuǎn)。那時(shí)的自己煩惱無(wú)比，真的就想放棄。但最后還是自己心中的不甘讓自己繼續(xù)下去。最后當(dāng)然得到了自己理想的結(jié)果?；仡^觀之，一切的辛苦都是值得地 。 致 謝即將要結(jié)束，在這一周的時(shí)間里，接觸并學(xué)到了很多新的知識(shí)。在此期間老師提供技術(shù)支持給予了我們很大的幫助，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在這次做開(kāi)放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室課程作業(yè)過(guò)程中首先要感謝老師的辛勤