河南理工數(shù)電課程設計555方波三角波正弦波三次諧波謝貝貝要點

1、數(shù)字電子技術課程設計信號產生與變換電路的設計自動化XX-XX班XXX,自動化XX-XX班XXX 摘要：通過555定時器構成多諧振蕩器產生占空比為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。 實驗包括仿真與實際連線兩步，仿真采用Multisim仿真軟件，連線采用面包板。K設計思路與整體框圖根據(jù)題目要求，本次設計的基本完成思路是采用555定時器構成多諧振蕩器 產生占空比為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、硬件電路設計2.1方波發(fā)

2、生電路的設計與計算圖2方波產生電路利用555與外圍元件構成多諧振蕩器，來產生方波的原理。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，當電容C2上端電壓 Vc升到2Vcc/3時使555第3腳V0為低電平，同時555內放電三極管T導通， 此時電容C2通過R3、Rp放電，Vc下降。當Vc下降到Vcc/3時，V0翻轉為高電 平。電容器C2放電所需的時間為：tpL二 0.7R2C2當放電結束時，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所需的時間為：tpH二0. 7R1C2當Vc上升到2Vcc/3時，電路乂翻轉為低電平。如此周而

3、復始，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=l/ (tpL+tpH)圖3 方波波形2.2三角波發(fā)生電路的設計與計算輸入方波訃R15圖4三角波產生電路圖5 三角波仿真波形圖如上圖是一個由方波轉換為三角波的電路圖以及輸出波形圖，當A很人時，運放兩輸 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系。當VI為固定值時：V.V t CR上式表明：輸出電壓按一定比例隨時間作直線上升或下降。當輸入為矩形波時，輸出便成為 三角波。此外

4、，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 時候也能適當調整，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基波正弦波產生電路的設計與計算圖6正弦波電路基波正弦波產生電路采用有源低通二階濾波電路構成，二階壓控電壓源低通濾波電路由 兩個RC壞節(jié)和反相比例放大電路構成。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，輸出正弦波的設計電路及仿真波形。時間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）:單次正常自動無A I Ext反向 保存 GNDnr：謹?shù)繽C445.13fmV445.131 mV0.000 V邊沿：/ 王 Ext 水平：0T2T2-T1時基標度： ims/Div X軸位移（格）：0Y/r|A|A4i2.4 3次正弦波產生電路的設計與計算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 放大后輸出為3倍頻率正弦波。原理與2. 3類似，但本實驗為兩RC電路分別構 成低通高通濾波電路，級聯(lián)，構成所謂的帶通濾波電路，對電阻R及電容C進行 調節(jié)，從而實現(xiàn)對實驗要求的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）而中心頻率時有A0取得最人值故而有：丄（尺 + /? J = 0（血=4000P） coC -當w=3200p時有2R、Rr coC （/? + /?） + 2RR = 0當w=3200p時有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輸出波形仿真結果分析：經過多次調整后，仿真結果與預期一致，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出現(xiàn)假死，或輸出波形發(fā)散等現(xiàn)彖，但通過重 啟和調試后均得己解決。4.電路實驗結果分析本次實驗結果如以下各圖所示:方波：圖12方波實驗波形三角波:圖13三角波實驗波形正弦波:圖14基波實驗波形三次諧波:圖15三次諧波實驗波形結果分析與體會：實物連接的過程中并不順利，本來在仿真圖上完美的結果，放到實物里就是出不 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 調節(jié)都無法出現(xiàn)想要的結果，最后經過多次分析，嘗試，換了各種大小的電阻后 終于與理想結果比較接近。實驗過程中，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，下一次再測試時乂變成了垃圾值，更 有其者，同時在兩個示波器上測試相同的信號，居然出現(xiàn)兩種截然不同的結果， 這些由于實驗材料或實驗儀器的不可控錯誤的出現(xiàn)，無疑令本就不易成功的連線 變得更加困難。本次實驗是在