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

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計信號產(chǎn)生與變換電路的設(shè)計自動化 XX-XX班XXX,自動化 XX-XX班XXX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、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 LM324N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。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、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 整體框序2、硬件電路

2、設(shè)計2.1 方波發(fā)生電路的設(shè)計與計算VCC1BH62 門0.11 F0.0 WE圖2方波產(chǎn)生電路數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計利用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升至ij 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C2通過R& Rp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C2放電所需的時間為：tpL= 0.7R2C2當(dāng)放電結(jié)束時，T截止，Vcc將通過R1、R& Rp向電容器C2充電，Vc由Vcc/3 上升到2

3、Vcc/3所需的時間為：tpH=0.7R1C2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：f=1/(tpL+tpH )圖3方波波形4通道正波器-XS C1數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計2.2 三角波發(fā)生電路的設(shè)計與計算圖5三角波仿真波形圖Lri? i.oko>tOkO圖4三角波產(chǎn)生電路器 XS C1數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計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(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 Vi輸出為Vo,流過電容C的電流為 i

4、1 ,則有：11voi1dtvidtCCR即輸出電壓與輸入電壓成積分關(guān)系。當(dāng)vi為固定值時：VoViCR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)計與計算輸入方彼瑞VArokn輸出M3?JN F弦圖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RC環(huán)節(jié)和反相比例放大電路構(gòu)成。其通帶電壓放大倍數(shù)：A0 1 Rf R其傳遞函數(shù)

5、:A(s)其中：Wo=1/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。八 1Q；一二 為品質(zhì)因數(shù)，它的大小影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。3 A af卜圖為輸入方波，輸出正弦波的設(shè)計電路及仿真波形。圖7 正弦仿真波形2.4 3次正弦波產(chǎn)生電路的設(shè)計與計算3倍頻率的正弦波通過帶通濾波器對輸入的方波濾波，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，級聯(lián)，構(gòu)成所謂的帶通濾波電路，對電阻R及電容C進(jìn)行 調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)要求的3次諧波的提取。以下為原理圖：RUHOSkft9 5k門圖8三次諧波電路數(shù)字電子

6、技術(shù)課程設(shè)計圖10整體電路圖仿真波形如下:4通1苣手波森-XGC1時間T2通道/ 5.000V 5.U00V D.OOQ V通道_3通道_口 2.546 V 2.546 V Q.OOO V反向保存標(biāo)度：ImsjTiiv刻度：Y軸位移。5 V/Div乂軸位移（格）：0格）：0.2T2 Tl.時基180,109 ms180.109 ms Q.QOQ s1；CiA.：C2."lC通道/交潦0直流觸發(fā)邊沿:函醫(yī)常自動匡叵改圖9三次諧波波形通帶增益：A Vo Vi RR 2RR2 1 j 2RR R R2 c0Au -sAu(s)Q品質(zhì)因數(shù):foF=2khz AF=0.8KHZ電壓增益:中心頻

7、率:AVo Vi111RQ R2令則故而可以得到中心頻率的增益為:A R3(2R2)而中心頻率時有 A0取得最大值故而有:1 -2 R1R2 CR)C當(dāng)w=3200p時有八八1 一2R1R2 C R1 C當(dāng)w=3200p時有 -12R1R2 C (R1可得到方程組的一組比較合適的解為：R 0(4000P)R2R1R20R2) 2R1R20R2 =19K Q , R1=2.4K Q , R3 =4.8K Q,C1 = C2=20nF3、電路仿真結(jié)果分析整體電路圖如下:JCSC1-VW-數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計輸出波形如下:4通道示波器-XSC1TL曲T2 +TZTl時基時間370.256 ms37Q

8、.256 mso.oa* s通道 Q.UOOV O.WQV o.tjoa vB-v V V 道72723 用一/ J 0, '12 2 0通道_C3,956 mV& 3 9 55 eVO.OOQ V通653329 mV653.229 mV.DOO V反向保存標(biāo)度：工腳謠（格）:。Yr | a/B > a汨>通道3 IA刻度：5吵丫軸位移（格上1閨口/C交流0直潦-® ,觸發(fā)蝌水平:GNDExt單次正常自動無圖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

9、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(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：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，有時前一秒電路還好好的，下一次再測試時又變成了垃圾值， 更 有甚者，同時在兩個示波器上測試相同的信號，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)儀器的不可控錯誤的出現(xiàn)，無疑