電子測量綜合試驗報告555信號發(fā)生器

1、電子測量綜合實驗報告555信號發(fā)生器報告人: 學(xué)號: 專業(yè): 指導(dǎo)老師:2010年 12月 10日目錄一、實驗?zāi)康模憾嶒炄蝿?wù)與要求：三、設(shè)計方案論證：四、整體電路設(shè)計和分析計算五、電路仿真分析六、電路安裝與調(diào)試七、實驗結(jié)果和誤差分析八、實驗總結(jié) 九、附錄：元器件清單/程序清單一、實驗?zāi)康?、將電子測量課程所學(xué)的測量原理、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等知識用于實踐，學(xué) 以致用；2、鞏固模電、數(shù)電等課程知識將其用于整個綜合實驗的分析計算過程；3、熟悉各測量儀表的使用，提高實際動手操作能力。二、實驗任務(wù)與要求1、制成的555信號發(fā)生器能產(chǎn)生矩形波、三角波、正弦波三種波形；2、該信號發(fā)生器頻率和幅值可調(diào)；3

2、、各誤差控制在合理范圍內(nèi)。三、設(shè)計方案論證1、實驗方案本信號發(fā)生器使用555芯片作為多諧振蕩器產(chǎn)生矩形波，通過積分形成三角 波，再經(jīng)RC低通濾波形成正弦波。電路原理圖如下Cl = lOOjiRi I510nH261IC 555354 8ca0. 01P_1 C3TO, Oljx0.1F O.1K2、關(guān)于555芯片上學(xué)期的數(shù)電課程就學(xué)習(xí)了 555芯片。該芯片是模電和數(shù)電相結(jié)合的中規(guī)模集成電路，設(shè)計十分巧妙，廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。在數(shù)電中我們學(xué)習(xí)了由其構(gòu)成的施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器。關(guān)于 555芯片原理、多諧振蕩器原理，數(shù)電課已學(xué)過，此處不再贅述。四、整體電路設(shè)計和分

3、析計算1、電路各部分功能分析* *1、發(fā)光二極管VD為電源指示燈；2、C1為電源濾波電容；3、C2為定時電容，C2的充電回路是 R2fR3 fRPfC2;4、C2的放電回路是C2-RP-R3-555的7腳(通過放電三極管)；5、隔直電容，還可以隔離前后網(wǎng)絡(luò)；6、積分電容，將矩形波積分產(chǎn)生三角波；7、低通濾波積分網(wǎng)絡(luò)，濾除三角波中的高中頻成分，并再次積分產(chǎn)生近似正弦波；2、理論分析計算(1)電容C2充電所需的時間為:Tph=(R3+R2+RP)C2 In 2電容C2放電所需的時間為：Tpl=(R3+RP)C2 In 2占空比=TphTp1 Tph振蕩頻率fTp1 Tph R2 2(R3 RP)C

4、21n 2其中電位器RP阻值為0至47K Q如 f 1143.69KHZ頻率覆蓋系數(shù)kmax -1.75fmin 652.97HZ由電路原理圖可知，555芯片3腳高電平時輸出電源電壓5V,則矩形波峰峰值理論值為U1=5V;后面RC網(wǎng)絡(luò)的電壓增益分別為三角波處增益,|Au1| | 加：|R4 jwC 51.1 (wR4c5)2正弦波處增益,|Au2|jwC 7|(jwC 7 R6)/C6 R5三角波幅值為U2=U1*| Au1|;正弦波幅值為U3=U2*| Au2|;(3)調(diào)節(jié)RP的阻值時，Tph、Tph1改變，導(dǎo)致占空比和頻率f改變(改變)，又導(dǎo)致|Au|改變，幅值U改變，以此實現(xiàn)頻率、幅值可

5、調(diào)。(4)波形因數(shù)：交流電壓有效值與平均值之比，即Kf波峰因數(shù)：交流電壓峰值與有效值之比，即 KpUpU三種波的波形參數(shù)理論值見下表(設(shè)幅值為 U)有效值平均值波形因數(shù)波峰因數(shù)矩形波AA11三角波UV3U22V3正弦波U 亞2U2五五、電路仿真分析1、Multisism 仿真電路原理圖* *2、仿真波形截圖RP=0%rphi。替 OscillDGEope XSG1-ll Jlx.Timi7fl EDhsnnd_AC%nmal_D，? rrA/Faverse79.254 ms1.004 ms-2.35S mV，聊9 uVCava 1 firt. TiigFrimebas* QI*卜X psitM

6、ChlMMl A如山 |p EM口* jJ pwrtbn |t.2Chanwf p件客iticrEpr wEMlngg.國加Lt/el, 1”DI VyTT 型i| em| 刖 |0 | CC (?AC _0_KM .Tvpe ?旦 | Mqm3、用示波器進行周期、峰峰值、占空比測量RP=0% 時仿真波形周期峰峰值占空比矩形波1.270ms5.032v48.44%三角波1.270ms326.526mv正弦波1.287ms9.867mvRP=100% 時仿真波形周期峰峰值占空比矩形波988.189us5.026v48.96%三角波994.094us257.340mv正弦波1.004ms4.822

7、mv可得，頻率范圍777.011011.95HZ頻率覆蓋系數(shù)kf max1287f min 988.1891.30又試用了一下探針測量（如下圖），結(jié)果與上表一致，不再重復(fù)記錄。RP=0% C3njBE 1 R | | I El -I a B I I A 44 B l/Y I- I-II- : * 一%匚 q f4,眄 v5.03 V 宓m幻;3.28 V .炳)二 2 13 V I;，牛 uA l(p-p)7 537 uA243 uA K#); -50.3 pA Freq.： Hzfce110k! !20V-p): 336 mV試on幻:工口期do: 2,15 VI; 240 uAI(p-p

8、077 uAICnrij)： uAi(；(fcj； -54.5 pAFreq.: 70 HzG - I粵 口-門匕骨王：-V 5.12 7虱jp)： 9 .齪 mV ，y i.li V do工區(qū)成V1:器典nA如-Q 4.90 uAKriTi!): 1 72 uAKdc): -53 e pAFreq.; 783 HzRP=100%一 C3-IIi*V 4般廿Mp-p)； 503 V 加立a駕v曾能工?J3 Vl：22 vA稅 529 uA li(rms): 2:50 uA l(dC)： ll.&pAFreq.: LD1 kHsRI ： ： R5 ：/ww -VW-】0K廿 2 26 V - M

9、p-p): 2&1 mV :;M/msy 2.13 V 一試g);哪V - I： J42 uA.：叩-p): 523 uA - - ifrms): 240 nA l(d(Jj： 2.29 uA ：Fneq.; I.DI K執(zhí)二 R6 ：廿：VA-JA T.:GS 1* fOOiiFZ3 13 V 州，p); %空 mV MjmsX 3 13 V 域峙工 g 720 nA 麻-pJ：3.D4 M. l(rms)： 1 ,OS uA I領(lǐng)注 37.3 pA Freq : 1 Cl kH;4、使用Multisim 中的萬用表測量交流輸出電壓、電流、阻抗。74北VIRTUAL*外帥F：G6 - - t

10、OOfiFIHATtiFJO值Cl （OOuF T：w20kL.K*yAJ12 -：R4：-A/TOK1：注：測量時視數(shù)會變化。測量阻抗時視數(shù)一直在增大測量結(jié)果記錄RP=0%交流輸出電壓交流輸出電流輸出功率P=VI矩形波2.498V249.307uA622.44uw三角波97.001mV9.497uA0.92uw正弦波3.502mV1.734uA36.07 10 uwRP=100%交流輸出電壓交流輸出電流輸出功率P=VI矩形波2.499V249.544uA623.61uw三角波75.309mV7.441uA0.56uw正弦波1.703mV1.102uA1.88 10 3uw其實功率本來可以用瓦

11、特表直接測但正弦波功率太小使視數(shù)到XHM1+V + I-.1。此一 !:RG ”VW：10%：所以在此不使用瓦特表直接測量6、其它仿真結(jié)果分析(1)剛開始仿真時，三個波形都不穩(wěn)定如圖，需過一段時間才會穩(wěn)定。原因是各電容充放電需要時間，會產(chǎn)生一定的時延用示波器測量該延遲時間大致為:矩形波26.561ms三角波55.569ms正弦波70.788ms(2)使用 Multisim中的多通道示波器將矩形波、三角波、正弦波顯示在一個屏幕上。則可直觀地看出：（1）三種波的周期基本相同；（2）矩形波高電平時積分電容 C5充電，矩形波低電平時積分電容放電；（3）由電平的高低可知積分電容 C5使三角波相角比矩形波

12、少90度，而電容C6、C7使正弦波相角比三角波少大約180度（反相）六、電路安裝與調(diào)試本學(xué)期的Multisim、protel實習(xí)期中以后才開始，因而本實驗電路板制作時只會用萬用板焊接導(dǎo)線。 從調(diào)試結(jié)果上看，電路板的制作還是比較成功的，首次調(diào)試三種波形就都出來了，頻率、幅值也可調(diào) （但幅度不大），制作基本達到了預(yù)期目的。七、實驗結(jié)果和誤差分析1、部分測量波形截圖2、基本波形測量結(jié)果RP=0% 時測量波形峰峰值頻率功效值矩形波3.6V1.31KHZ2.07V三角波180mv2.62KHZ46.7mV正弦波4mv1.31KHZ3.2mVRP=100% 時測量波形峰峰值頻率功效值矩形波3.6V810H

13、Z2.07V三角波260mv1.62KHZ75.8mV正弦波11mv810HZ5.2mV各標(biāo)準值與實際值對照表標(biāo)準值實際值電源5V5.03V電阻R1510 Q504 Q電阻R21K0.965K電阻R362K68.2K電阻R410K10.2K電阻R510K10.0k電阻R610K9.9kR3 R2 RPR3 R2 RP R3 RP3、未得出其它參數(shù)的說明:(1)占空比：因為(R3+RP)遠大于 R2,所以占空比 一TphTpl Tph50% ,不再測量;(2)交流輸出電流、輸出功率：由于萬用表測交流電流時必須將表串接入電路，對于已做好的電路板來說幾乎是不切實際的，因而沒測交流電流， 也就沒有計算

14、輸出功率。 不過在上 面的仿真實驗中方便地將萬用表串接入電路測了交流電流并計算了輸出功率。(3)由于沒有平均值電壓表，無法測出均值，進而無法進行波形因數(shù)計算。4、測量數(shù)據(jù)處理 頻率范圍 2.63KHZ至ij 810HZ,頻率覆蓋系數(shù)kfmax 2.62KHZ323fmin 810HZ.(2)波峰因數(shù)RP=0%RP=100%矩形波1.731.73三角波3.853.43矩形波1.252.125、誤差分析(1)由于隔直電容 C4的容抗的分壓作用在實際中不容忽略，所以 555芯片3腳輸出的5V電壓經(jīng)過C4后，再加上其它因素，導(dǎo)致矩形波實測峰峰值為3.6V。而后面的低通濾波電容的分壓作用也要考慮，導(dǎo)致三

15、角波、正弦波峰峰值比理論值低。這些誤差還是相當(dāng)大的。(2)頻率相對誤差fmax12620 x|fmax100%8.57%fmin|810 fmin 1 100% 6.51% fmin從上面的各標(biāo)準值與實際值對照表上可以看到，電源電壓、電阻阻值都不是標(biāo)準值。此外制作這塊電路板時導(dǎo)線用網(wǎng)線， 除了電線的電阻作用外，這種導(dǎo)線膠皮內(nèi)不是一根銅線，而是一束細絲一樣的金屬線，在剝皮時很容易斷，且焊接此外焊點的接觸也時不能保證所有細絲都焊上，這就導(dǎo)致了導(dǎo)線的阻值不均勻?qū)φ`差產(chǎn)生影響。八、實驗總結(jié)“汝果欲學(xué)詩，功夫在詩外”，當(dāng)有人請教杜甫如何才能學(xué)會作 詩時，他如是回答。對于我們來說，專業(yè)課的學(xué)習(xí)，也是功夫在

16、詩 外”。也就是說，一味地在課堂上學(xué)理論、課下啃書本而缺乏動手實 踐，是起不到效果的，在電子信息領(lǐng)域，技術(shù)能手和優(yōu)秀工程師不是 上課學(xué)出來的，而是在實踐中靠自己深入鉆研成才的。這里的“詩外 的功夫”，便是每當(dāng)遇到新問題時，要廣泛查閱資料，深入鉆研原理， 綜合各方面知識提出解決辦法，反復(fù)論證反復(fù)實驗最終解決技術(shù)問 題。下了這樣的功夫，不知不覺就學(xué)到了許多東西，專業(yè)技能的提升 就水到渠成了。本次555信號發(fā)生器的制作、測量、分析大功告成之后，自己 確實學(xué)到了不少東西，不但重溫了模電的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計算、 數(shù)電的555 及其構(gòu)成的多諧振蕩器，還鞏固了使用濾波、隔直電容等電路板制作 常用技術(shù)，也熟練了示波器

17、、萬用表等儀器的操作?；I備此信號發(fā)生器之際，還沒進行過 Multisim、protel實習(xí)， 當(dāng)時對于自己動手制作實物是很茫然的。 只能上網(wǎng)找現(xiàn)成的電路原理 圖，再用萬用板一次性制作好。試想如果有了仿真基礎(chǔ)，本次實驗一 定會選擇一個更復(fù)雜的電路。學(xué)過Multisim 后，便立即進行了仿真， 并且為了多測參數(shù)的需要，自己又使用了仿真實驗課上沒接觸到的許多仿真儀器如萬用表、探針、瓦特表等，仿真階段結(jié)束后，Multisim 自然而然地熟練了。在最后的報告階段，不僅鞏固了電子測量課上學(xué)到的誤差分析、 波形因數(shù)、波峰因數(shù)等等概念，在報告的電子檔編輯方面，也使出渾 身解數(shù)。工欲善其事，必先利其器，下載了 Mathtype公式編輯器實 現(xiàn)分數(shù)、