函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作

1、 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作 實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求 要求所設(shè)計(jì)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生方波、三角波、正弦波 要求該函數(shù)信號(hào)發(fā)生器能夠?qū)崿F(xiàn)頻率可調(diào) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?: 進(jìn)一步鞏固簡(jiǎn)熟悉易信號(hào)發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)及電路原理并了解波形的轉(zhuǎn)變方法；2：學(xué)會(huì)用簡(jiǎn)單的元器件及芯片制作簡(jiǎn)單的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，鍛煉動(dòng)手能力；3：學(xué)會(huì)調(diào)試電路并根據(jù)結(jié)果分析影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的各種可能的因素實(shí)驗(yàn)方案采用555組成的多諧振蕩器可以在接通電源后自行產(chǎn)生矩形波再通過(guò)積分電路將矩形波轉(zhuǎn)變?yōu)槿遣ㄔ俳?jīng)積分網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)檎也?55定時(shí)器芯片工作原理,功能及應(yīng)用555定時(shí)器是一種數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少

2、量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等，因而廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。一、555定時(shí)器 555定時(shí)器產(chǎn)品有TTL型和CMOS型兩類。TTL型產(chǎn)品型號(hào)的最后三位都是555，CMOS型產(chǎn)品的最后四位都是7555，它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。 555定時(shí)器的電路如圖9-28所示。它由三個(gè)阻值為5k?的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電晶體管T、與非門(mén)和反相器組成。 555定時(shí)器原理圖分壓器為兩個(gè)電壓比較器C1、C2提供參考電壓。如5端懸空（也可對(duì)地接上0.01uF左右的濾波電容），則比較器C1的參考電壓為，加在同相端；C2的參考電壓為，加

3、在反相端。u11是比較器C1的信號(hào)輸入端，稱為閾值輸入端；u12是比較器C2的信號(hào)輸入端，稱為觸發(fā)輸入端。 RD 是直接復(fù)位輸入端。當(dāng)RD 為低電平時(shí)，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端u0為低電平。 u11和u12分別為6端和2端的輸入電壓。當(dāng)u11>，u12> 時(shí)，C1輸出為低電平，C2輸出為高電平，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端u0為低電平。 當(dāng)u11<，u12< 時(shí)，C1輸出為高電平，C2輸出為低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，晶體管T截止，輸出端u0為高電平。 當(dāng)u11<2/3Ucc，u12>1/3Ucc 時(shí)，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)不變

4、，電路亦保持原狀態(tài)不變。u 綜上所述，可得555定時(shí)器功能如表所示。u 555定時(shí)器的電路功能 輸 入輸 出閥值輸入（V11）觸發(fā)輸入（V12）復(fù)位(RD)輸出(V0)放電管T ×<>< × < > > 0 1 1 1010不變 導(dǎo)通 截止 導(dǎo)通 不變實(shí)驗(yàn)原理波形轉(zhuǎn)變框架圖思路三角波多諧振蕩器方波正弦波 積分器（低通濾波） 積分器波555定時(shí)器接成多諧振蕩器工作形式用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如左圖所示接通電源后，電容C2被充電，當(dāng)V c上升到時(shí)，使V0為低電平放電三極管T導(dǎo)通，此時(shí)電容C2通過(guò)R3.R7.T放電，V c下降。當(dāng)V c下

5、降到時(shí)，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。放電結(jié)束時(shí)，T截止，Vcc通過(guò)R2R3RPC2向電容C2充電，當(dāng)V c從上升到時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，在輸出端得到一個(gè)周期性的矩形波。555定時(shí)器接成多諧振蕩器工作形式用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如左圖所示接通電源后，電容C2被充電，當(dāng)V c上升到時(shí)，使V0為低電平放電三極管T導(dǎo)通，此時(shí)電容C2通過(guò)R3.R7.T放電，V c下降。當(dāng)V c下降到時(shí)，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。放電結(jié)束時(shí)，T截止，Vcc通過(guò)R2R3RPC2向電容C2充電，當(dāng)V c從上升到時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，在輸出端得到一個(gè)周期性的矩形波。電容C2放電所需的時(shí)間為：Tpl=(R3+

6、RP)C22 1-1電容C2充電所需的時(shí)間為：Tph=(R3+R2+RP)C22 1-2占空比= 1-3振蕩頻率f= 1-4積分電路電路的時(shí)間常數(shù)R*C，構(gòu)成積分電路的條件是電路的時(shí)間常數(shù)必須要大于或等于10倍于輸入波形的寬度。Uo=Uc=(1/C)icdt,因Ui=UR+Uo,當(dāng)t=to時(shí)，Uc=Oo.隨后C充電，由于RCTk,充電很慢，所以認(rèn)為Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故Uo=(1/c)icdt=(1/RC)Uidt這就是輸出Uo正比于輸入U(xiǎn)i的積分（Uidt）RC電路的積分條件：RCTkRC低通濾波器1、電路的組成所謂的低通濾波器就是允許低頻信號(hào)通過(guò)，而將高頻信號(hào)衰減的電路，

7、RC低通濾波器電路的組成如圖所示。2、電壓放大倍數(shù)令 ，則 R C低通電路的頻響特性的模和幅角為RC低通電路的幅頻特性 RC低通電路的相頻特性實(shí)驗(yàn)器材電阻 510 （一個(gè)） 10K （三個(gè)） 1K(一個(gè)) 62K(一個(gè))電容 100uF(一個(gè)) 0.01uF(兩個(gè)) 0.0047 uF(兩個(gè)) 0.47uF(一個(gè)) 10uF( 一個(gè))電位器 RP=20K（一個(gè)）發(fā)光二極管 VD（一個(gè)）555集成芯片 一塊（555定時(shí)器的1腳是接地端GND，2腳是低觸發(fā)端TL，3腳是輸出端OUT，4腳是清除端Rd，5腳是電壓控制端CV，6腳是高觸發(fā)端TH，7腳是放電端DIS，8腳是電源端VCC。） 電路原理圖發(fā)

8、光二極管VD用作電源指示（接通電源時(shí)亮）,C1是電源濾波電容，C2為定時(shí)電容，C2的充電回路是R2R3RPC2；C2的放電回路是C2RPR3IC的7腳(放電管)。電位器RP可以調(diào)節(jié)占空比，在本電路圖中，由于R3+RPR2，所以充電時(shí)間常數(shù)（R2+RP+R3）*C2與放電時(shí)間常數(shù)（R2+RP）*C2近似相等，所以由多諧振蕩器的3腳輸出的是近似對(duì)稱方波。按圖所示元件參數(shù)，按計(jì)算式（1-4）可以求得其頻率為0.8671.140KHZ，同時(shí)調(diào)節(jié)電位器RP可改變振蕩器的頻率。方波信號(hào)經(jīng)R4、C5積分網(wǎng)絡(luò)后，輸出三角波。三角波再經(jīng)R5、C6低通濾波器（能夠讓低頻信號(hào)通過(guò)而不讓中、高頻信號(hào)通過(guò)的電路，其作用

9、是濾去音頻信號(hào)中的中音和高音成分，增強(qiáng)低音成分），輸出近似的正弦波。，該信號(hào)發(fā)生器如圖所示電路可同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波、正弦波并輸出，特別適合電子愛(ài)好者或?qū)W生用示波電路簡(jiǎn)單、成本低廉、調(diào)整方便。根據(jù)原理圖 由式1-3 因?yàn)镽3+RP遠(yuǎn)大于R2,所以占空比= =50%由式1-4 f=1.43/(R2+2R3+2RP)C2當(dāng)RP=0時(shí)f=1144HZ 周期T=0.874ms當(dāng)RP=20K時(shí)f=866.7HZ 周期T=1.154ms 頻率穩(wěn)定度=*100%=MULTISIM仿真的電路圖RP=0%時(shí)的波形RP=100%時(shí)的波形 MULTISIM仿真結(jié)果RP=0%時(shí)仿真波形周期峰峰值矩形波910.714u

10、s5.000v三角波910.714 us234.416mv正弦波910.786 us150.467mv RP=100%時(shí)仿真波形周期峰峰值矩形波1.196ms5.097v三角波1.196ms307.346mv正弦波1.196ms222.743mv五、系統(tǒng)測(cè)試及誤差分析5.1、測(cè)試儀器 數(shù)字示波器、萬(wàn)用表（UT52）。 5.2、測(cè)試數(shù)據(jù) 基本波形的頻率測(cè)量結(jié)果 RP=0%時(shí)測(cè)量波形峰峰值絕對(duì)誤差相對(duì)誤差矩形波三角波正弦波 RP=100%時(shí)測(cè)量波形峰峰值絕對(duì)誤差相對(duì)誤差矩形波三角波正弦波實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 實(shí)驗(yàn)誤差分析1. 測(cè)量時(shí)直流電源引起的誤差 在MULTISIM仿真過(guò)程中，直流電源VCC接的是5V

11、，而在實(shí)際測(cè)量中接的是+5V檔，用萬(wàn)用表測(cè)得直流電源的實(shí)際輸出電壓為5.04V.2. 元器件誤差 在MULTISIM上仿真時(shí)，各種元器件的值都是按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的，而在實(shí)際的測(cè)量中，各種元器件的值都與標(biāo)準(zhǔn)值有出入，下表中列出了電阻阻值的準(zhǔn)確值與實(shí)際測(cè)量值的大小 電阻標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際值對(duì)照表元件標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)際值電阻R1510516電阻R21K0.982K電阻R362K61.1K電阻R410K9.9K電阻R510K9.9k電阻R610K9.9k3焊接時(shí)導(dǎo)線引起的誤差 在電路焊接的過(guò)程中，焊點(diǎn)、導(dǎo)線等也存在著不可避免的誤差4.測(cè)量是各種儀器儀表引起的誤差5.人為誤差缺陷：在實(shí)驗(yàn)測(cè)量波形圖發(fā)現(xiàn)測(cè)得的正弦波很不明顯，波形頻率的可調(diào)范圍小，誤差較大。正弦波不明顯的可能原因：因?yàn)榇穗娐分械恼也ㄊ菑娜遣ń?jīng)低通濾波器而來(lái)，由傅里葉變換將三角波轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷骷罢也ǜ鞔沃C波的形式經(jīng)過(guò)R5.C6組成的低通濾波器輸出來(lái)，可能含有多次諧波，使所得的正弦波失真，所以要改善正弦波，可以考慮改電容的大小使其他諧波的影響降低。波形頻率的可調(diào)范圍小的原因:在本實(shí)驗(yàn)的電路圖中電位器RP的最大值是20K，而R2有62K所以波形的頻率為f= f=由該式子可知RP對(duì)整個(gè)電路