河南理工數(shù)電課程設(shè)計(jì)555方波三角波正弦波三次諧波謝貝貝要點(diǎn)

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)信號(hào)產(chǎn)生與變換電路的設(shè)計(jì)自動(dòng)化XX-XX班XXX,自動(dòng)化XX-XX班XXX 摘要：通過555定時(shí)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、低通濾 波、帶通濾波電路輸出三角波、正弦波、三倍頻率正弦波。放大器件為L(zhǎng)M324N四路放大器。 實(shí)驗(yàn)包括仿真與實(shí)際連線兩步，仿真采用Multisim仿真軟件，連線采用面包板。K設(shè)計(jì)思路與整體框圖根據(jù)題目要求，本次設(shè)計(jì)的基本完成思路是采用555定時(shí)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、低通濾波、帶通濾波電路輸出三 角波、正弦波、三倍頻率正弦波。整體框圖如下：圖1 整體框圖2、硬件電路設(shè)計(jì)2.1方波發(fā)

2、生電路的設(shè)計(jì)與計(jì)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555定時(shí)器組 成的多諧振蕩器如圖1所示。接通電源后，電容C2被充電，當(dāng)電容C2上端電壓 Vc升到2Vcc/3時(shí)使555第3腳V0為低電平，同時(shí)555內(nèi)放電三極管T導(dǎo)通， 此時(shí)電容C2通過R3、Rp放電，Vc下降。當(dāng)Vc下降到Vcc/3時(shí)，V0翻轉(zhuǎn)為高電 平。電容器C2放電所需的時(shí)間為：tpL二 0.7R2C2當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，T截止，Vcc將通過Rl、R3、Rp向電容器C2充電，Vc由Vcc/3 上升到2Vcc/3所需的時(shí)間為：tpH二0. 7R1C2當(dāng)Vc上升到2Vcc/3時(shí)，電路乂翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而

3、復(fù)始，于是，在電路的 輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波。電路的工作波形如圖2,其震蕩頻率為：f=l/ (tpL+tpH)圖3 方波波形2.2三角波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算輸入方波訃R15圖4三角波產(chǎn)生電路圖5 三角波仿真波形圖如上圖是一個(gè)由方波轉(zhuǎn)換為三角波的電路圖以及輸出波形圖，當(dāng)A很人時(shí)，運(yùn)放兩輸 入端為”虛地”，忽略流入放大器的電流，令輸入電壓為V1輸出為Vo,流過電容C的電流為 lb則有：匕 a 丄 i.dtfv.dt cJ1 cr 1即輸出電壓與輸入電壓成積分關(guān)系。當(dāng)VI為固定值時(shí)：V.V t CR上式表明：輸出電壓按一定比例隨時(shí)間作直線上升或下降。當(dāng)輸入為矩形波時(shí)，輸出便成為 三角波。此外

4、，由于電容和滑動(dòng)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(shí)候也能適當(dāng)調(diào)整，同時(shí)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(jì)與計(jì)算圖6正弦波電路基波正弦波產(chǎn)生電路采用有源低通二階濾波電路構(gòu)成，二階壓控電壓源低通濾波電路由 兩個(gè)RC壞節(jié)和反相比例放大電路構(gòu)成。其通帶電壓放大倍數(shù)：4）二 1+R/K其傳遞函數(shù)：A=警2其中：Wo=l/RC為截止角頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。Q=厶為品質(zhì)因數(shù)，它的人小影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。 %卜圖為輸入方波，輸出正弦波的設(shè)計(jì)電路及仿真波形。時(shí)間83.733 ms83.733

5、ms0.000 sDV交涼0直療.正弦仿真波形圖7通直C刻度:Y軸位移（格）:單次正常自動(dòng)無A I Ext反向 保存 GNDnr：謹(jǐn)?shù)繽C445.13fmV445.131 mV0.000 V邊沿：/ 王 Ext 水平：0T2T2-T1時(shí)基標(biāo)度： ims/Div X軸位移（格）：0Y/r|A|A4i2.4 3次正弦波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算3倍頻率的正弦波通過帶通濾波器對(duì)輸入的方波濾波，提取出三次諧波，經(jīng) 放大后輸出為3倍頻率正弦波。原理與2. 3類似，但本實(shí)驗(yàn)為兩RC電路分別構(gòu) 成低通高通濾波電路，級(jí)聯(lián)，構(gòu)成所謂的帶通濾波電路，對(duì)電阻R及電容C進(jìn)行 調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)要求的3次諧波的提取。以下為

6、原理圖：輸入總方波19klC92on圖8 三次諧波電路波 岀次弦 輸三正仿真波形如下:圖9 三次諧波波形F=2khz AF=0.8KHZ人=匕/匕=1通帶增益:A）=吆化=+1+丿（2/皿一 & +幾）/龐）人（$）=品質(zhì)因數(shù):電壓增益:中心頻率:令則故而可以得到中心頻率的增益為：九=凡/（2凡）而中心頻率時(shí)有A0取得最人值故而有：丄（尺 + /? J = 0（血=4000P） coC -當(dāng)w=3200p時(shí)有2R、Rr coC （/? + /?） + 2RR = 0當(dāng)w=3200p時(shí)有2&R”-亠（& + RJ- 2 尺凡=0coC可得到方程組的一組比較合適的解為：忌=19K Q, /? =2

7、4K Q、/?3 =4.8KQ, C = C? =20nF3、電路仿真結(jié)果分析整體電路圖如下：XSC1C10圖10 整體電路圖輸出波形如下:圖11輸出波形仿真結(jié)果分析：經(jīng)過多次調(diào)整后，仿真結(jié)果與預(yù)期一致，所有波形均可出現(xiàn)，且與理論計(jì)算值相差較小, 但可能由于軟件的原因，在仿真過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)假死，或輸出波形發(fā)散等現(xiàn)彖，但通過重 啟和調(diào)試后均得己解決。4.電路實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果如以下各圖所示:方波：圖12方波實(shí)驗(yàn)波形三角波:圖13三角波實(shí)驗(yàn)波形正弦波:圖14基波實(shí)驗(yàn)波形三次諧波:圖15三次諧波實(shí)驗(yàn)波形結(jié)果分析與體會(huì)：實(shí)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(shí)物里就是出不 來，而且連線的過程中總是出現(xiàn)各種匪夷所思的現(xiàn)象，如方波不出現(xiàn)，毛刺太多, 三角波不規(guī)則，正弦波不明顯等。最頭疼的莫過于三次諧波，按照仿真圖上怎么 調(diào)節(jié)都無法出現(xiàn)想要的結(jié)果，最后經(jīng)過多次分析，嘗試，換了各種大小的電阻后 終于與理想結(jié)果比較接近。實(shí)驗(yàn)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(shí)前一秒電路還好好的，下一次再測(cè)試時(shí)乂變成了垃圾值，更 有其者，同時(shí)在兩個(gè)示波器上測(cè)試相同的信號(hào)，居然出現(xiàn)兩種截然不同的結(jié)果， 這些由于實(shí)驗(yàn)材料或?qū)嶒?yàn)儀器的不可控錯(cuò)誤的出現(xiàn)，無疑令本就不易成功的連線 變得更加困難。本次實(shí)驗(yàn)是在