正弦信號發(fā)生器(幅值頻率可調)

PAGE2-學號：2011013732西北農林科技大學電子技術課程設計報告題目：正弦信號發(fā)生器(幅值頻率可調)學院(系)：機械與電子工程學院專業(yè)年級： 學生姓名：指導教師：完成日期：2013年7月3日1-目錄1.設計的任務與要求 -2-1.1課題要求 -2-1.2具體要求 -2-1.3課題摘要： -2-1.4設計步驟： -2-2.設計方案確定 -3-3.硬件電路設計 -4-3.1整體電路框圖 -4-3.2主要元器件介紹 -4-3.2.1NE555芯片 -4-3.2.2555定時器接成多諧振蕩器 -6-3.2.3NE5532P芯片 -6-3.3整體電路設計 -7-3.4分立電路的設計及元件參數(shù)的選取及計算 -8-3.4.1555多諧振蕩電路 -8-3.4.2帶通濾波電路 -8-3.4.3反向比例運算放大器 -9-4.調試與仿真 -10-4.1使用的主要儀器和儀表 -10-4.2分立電路的仿真（仿真圖、操作的步驟、方法和結果） -10-4.2.1仿真圖 -10-4.2.2仿真結果 -10-4.3調試電路的方法和技巧： -12-5.總結 -13-6.參考文獻 -15-附錄一 -16-1.元器件清單 -16-2.電路原理圖 -17-3.PCB封裝圖 -18-4.3D效果圖 -21-3.硬件電路設計3.1整體電路框圖示波器顯示反向運算放大電路帶通濾波電路555多謝振蕩電路示波器顯示反向運算放大電路帶通濾波電路555多謝振蕩電路圖3-1正弦信號發(fā)生器設計整體框圖圖3-1正弦信號發(fā)生器設計整體框圖3.2主要元器件介紹3.2.1NE555芯片555定時器是一種多用途的數(shù)字——模擬混合集成電路，利用它能極方便地構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。其管腳圖、內部功能框圖、內部邏輯電路圖及邏輯功能真值表如下圖所示：圖3-2NE555各腳功能-管腳圖圖3-3NE555內部功能框圖圖3-4NE555內部邏輯電路圖表3-1555時基電路的功能表清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端Q放電管T功能0xx0導通直接清零101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)110x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)1010110導通截止置1清零3.2.2555定時器接成多諧振蕩器圖3-5多諧振蕩器和工作波形多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。圖3-5多諧振蕩器和工作波形接通電源后，假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是CC—R1—R2—C—地，按指數(shù)規(guī)律上升，當上升到時（TH、端電平大于），輸出翻轉為低電平。是低電平，T導通，C放電，放電回路為C—R2—T—地，按指數(shù)規(guī)律下降，當下降到時（TH、端電平小于），輸出翻轉為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復始，產生振蕩，經分析可得輸出高電平時間T=(R1+R2)Cln2輸出低電平時間T=R2Cln2振蕩周期T=(R1+2R2)Cln23.2.3NE5532P芯片圖3-6NE5532P芯片引腳圖芯片8腳和4腳分別接正負電源,一塊集成芯片內包含有兩片運放，即有兩個輸出腳，分別為1腳和7腳，兩個同相輸入端3腳和5腳和兩個反向輸入端2腳和6腳。其極限參數(shù)如下：工作電壓Min.(V):±3；工作電壓Max.(V):±20；帶寬GBW(典型值)(MHz):10；轉換速率(典型值)(V/us):9；輸入失調電壓(25℃,Max.)(mV):4.0@±15V；最大工作電流ID(mA):8；共模抑制比(Min.)(dB):100；電源供電方式:雙。本次利用NE5532接成帶通濾波器里面的同相放大器和放大電路里面的反向放大器，可以只用兩片NE5532，接電路時正負電源端公用，一個電路接1,2,3腳，另一個電路接5,6,7腳，這樣可以節(jié)約成本。3.3整體電路設計本設計的整體電路圖如圖3-7所示。圖3-7正弦信號發(fā)生器設計整體電路圖圖3-7正弦信號發(fā)生器設計整體電路圖

3.4分立電路的設計及元件參數(shù)的選取及計算3.4.1555多諧振蕩電路（1）如圖所示，由555定時器和外接電阻R2、R3和C2構成多諧振蕩器，利用電源通過R2、R3向C2充電，以及C2通過R3向放電端DIS放電，使電路產生振蕩。（1）如圖所示，由555定時器和外接電阻R2、R3和C2構成多諧振蕩器，利用電源通過R2、R3向C2充電，以及C2通過R3向放電端DIS放電，使電路產生振蕩。（2）所接的電源電壓為5V，通過調節(jié)R3可以調節(jié)振蕩器的輸出頻率。圖3-8圖3-8555多諧振蕩電路部分所以，振蕩電路可以產生頻率為2.2KHZ19.5KHZ的方波信號。圖3-9帯通濾波電路3.4.2帶通濾波電路圖3-9帯通濾波電路（1）如圖所示為兩個帯通濾波器串聯(lián)而成，其目的為使輸出的正弦波波形更平整。（2）R1、C4和R8、C6分別構成兩個帯通濾波器的低通濾波電路，C1、R5和C5、R10分別構成兩個高通濾波電路。（3）帯通濾波器各參數(shù)計算如下：為了使輸出波形變的更好，現(xiàn)采用兩個帶通濾波器串聯(lián)作為整個設計的濾波電路。3.4.3反向比例運算放大器因為信號經過前面的濾波電路后，經同相比例放大電路進行了放大，故本放大電路采用反向比例放大電路，降低輸出電壓的幅度，并且通過調節(jié)R14和R15，使輸出信號幅度在0V~~~15V之間可調。圖3-10反向比例運算放大器4.調試與仿真4.1使用的主要儀器和儀表數(shù)字示波器，穩(wěn)壓電源，Multisim12仿真軟件，AltiumDesignerWinter13畫圖軟件。4.2分立電路的仿真（仿真圖、操作的步驟、方法和結果）4.2.1仿真圖分離電路仿真圖見第三章圖3-8，3-9，3-10。正弦信號發(fā)生器設計的整體電路圖為圖3-7。4.2.2仿真結果1.用Multisim12仿真軟件進行仿真的效果如下：頻率可調的方波波型：方波的可調頻率范圍是：2.2KHZ—20KHZ圖4-1方波信號波形圖圖4-1方波信號波形圖2.帶通濾波器產生的正弦波信號圖4-2濾波后的正弦波圖4-2濾波后的正弦波3．運算放大器產生幅度可調的正弦波信號圖4-3輸出正弦波波形圖4-3輸出正弦波波形4.3調試電路的方法和技巧：（1）調試電路的成功與否，很大程度上取決于電路原理圖的繪畫合理與否，特別是對于模擬電路來說，如果電路原理圖繪畫得不合理，再加上電路板的質量不好以及畫線與畫線之間的干擾，會導致整個電路上的干擾比較大，最后波形會出不來。（2）在畫電路原理圖之前，首先用仿真軟件Multisim12對電路進行仿真，觀察在理想情況輸入理想參數(shù)的到的波形，這樣再畫電路原理圖，就可以減少一些錯誤。（3）畫PCB圖最好要用手動布線，因為自動布線會有很多不合理的地方，或者自動布線后在手動調整，布線時盡量避免過多的平行線，線長要最短，這樣可以減少干擾。（4）在芯片的位置，最好不要過孔，否則會造成焊接困難，線寬不宜太細，焊盤可適當調整大小，最重要的是要注意各元件的封裝。在制作完電路板之后，通電測試前，仔細檢查電路板有無存在短路現(xiàn)象，檢查芯片，極性電容等元件是否裝反或漏裝。5.總結這次課程設計的制作中我學習了multisim12與altiumdesigner的使用，初步了解了原理圖、PCB板的繪制方法，學會了電路的仿真。在PCB電路板的制作過程中我從同學和老師那里學習了不小制作和調試電路板的方法和經驗。首先是實踐必須要有相關的理論知識作為支撐，做設計之前必須要把相關的理論搞清楚，要有總體的設計思想。其次是在制作電路板之前有必要先進行仿真一下，這樣有利于減少失誤，可以節(jié)約成本。這個過程中我也深深的體會到了自己的理論知識的缺乏，基礎知識學得不是很好，動手能力還相對較差，以后一定要重視對理論知識的學習。通過這次課程設計我了解了帶通濾波電路在結構上的特點，同時讓我更好地掌握了各種電路的分析、調試與計算方法，收悉了振蕩電路的各種原理和帯通濾波器的使用方法，更深刻地理解了課本知識。在此次作課程設計過程中，我深深地感受到自己所學知識的有限和對所學知識的生疏，明確了不僅要學課本知識，還要再通過圖書館和網絡等各種渠道來擴充自己的知識，并且要學會對所學內容的取舍及分析?？傊瑥闹形覍W到了如何對待遇到的困難。增強了對所學知識的思考整合能力，培養(yǎng)了自己的思維能力。在做課程設計過程中，老師給了很大的自由發(fā)揮的空間，可以自己選題，讓我自己運用所學知識去分析和解決實際問題。課程設計可以培養(yǎng)我們綜合運用所學知識發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，可以鍛煉我們的實踐能力，是對我們實際工作能力的具體訓練和考察過程。在這課程設計的幾天里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多的東西，不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次強化訓練使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在具體實踐的過程中難免會遇到過各種各樣的問題，在設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。通過該強化訓練，使我對高頻電子線路、模擬電子技術和數(shù)字電子技術的學習有了一個系統(tǒng)地、整體的認識，把原來零散的章節(jié)學習組合成了一個整體，進一步了解了調制的概念，收獲很大。在做multisim仿真與PCB圖的繪制的過程中我遇到了很多問題，比如說我認為兩根線是連接在一起的，但是放大后卻發(fā)現(xiàn)兩根線是互不相連的，一個節(jié)點就可以導致整個實驗的失敗，可謂是牽一發(fā)而動全身，因此，在畫電路圖時，一定要仔細，把每個點、每根線都連接好，這樣最后調試的時候才不容易出錯。在做調制器電路的時候，我把電路連接好后觀測不到波形，檢查連線都沒有問題，最后終于發(fā)現(xiàn)原來是我錯把-12V的電源弄成+12V的電源了，因此無法觀測到波形。在用示波器同時觀察兩個波形時，可以把其中一個信道的顏色設為紅色