RC正弦波振蕩器課程設(shè)計(jì)

摘要振蕩器是一種在沒有外加激勵信號，而自動的將直流電源產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為含有一定頻率、一定幅度和一定波形的交流信號的電路。振蕩器普通由晶體管等有源器件和含有選頻能力的無源網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。振蕩器的種類諸多，根據(jù)工作原理來分，可分為反饋式振蕩器和負(fù)阻式振蕩器兩大類。根據(jù)所產(chǎn)生波形的不同，可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器。根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)所采用的器件來分，可分為LC振蕩器、晶體振蕩器以及RC振蕩器等。正弦波振蕩器在無線電技術(shù)中應(yīng)用非常廣泛。在通信系統(tǒng)中，可用來產(chǎn)生發(fā)射極部分的載波信號和接受機(jī)中的本地震蕩信號。在電子測量儀器中，可用來多個頻段的正弦波信號。本課程重要研究RC正弦波振蕩器的電路設(shè)計(jì)與proteus軟件仿真。濾波器是對波進(jìn)行過濾的器件。它的作用實(shí)質(zhì)上是“選頻”，即允許某一部分的信號順利通過。在無線電技術(shù)、自動測量和控制系統(tǒng)中，常被用來對模擬信號進(jìn)行解決，如數(shù)據(jù)傳送、克制干擾。濾波器根據(jù)工作信號的頻率范疇，可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。本課程重要是對帶通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真。核心詞：RC正弦波振蕩器；濾波器；proteus仿真-

目錄TOC\o"1-2"\u1緒論 12設(shè)計(jì)任務(wù) 2課程設(shè)計(jì)的目的 2課程設(shè)計(jì)任務(wù)與規(guī)定 2課程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo) 2'3RC正弦波振蕩器工作原理 3電路原理及元件選擇 3參數(shù)計(jì)算 344階帶通濾波器工作原理 5電路原理及元件選擇 5參數(shù)計(jì)算 55Proteus軟件介紹 66電路仿真與成果分析 7{RC正弦波振蕩器仿真與成果分析 74階帶通濾波器器仿真與成果分析 7致謝 10參考文獻(xiàn) 111緒論本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容涉及RC正弦波振蕩器電路和高階帶通濾波器電路的設(shè)計(jì)與仿真兩部分。RC正弦波振蕩器電路由四部分構(gòu)成：放大電路，反饋網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。其中放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正反饋系統(tǒng)，共同滿足AF=1。選頻網(wǎng)絡(luò)由電阻和電容元件構(gòu)成，作用是實(shí)現(xiàn)單一頻率的正弦波振蕩。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的作用是使振蕩幅度達(dá)成穩(wěn)定，普通能夠運(yùn)用放大元件的非線性特性來實(shí)現(xiàn)。我們懂得，負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件是AF=—1，那是由于在放大電路中，為了改善性能，引入的是負(fù)反饋，而在振蕩電路中，我們的目的就是要產(chǎn)生正弦波振蕩，因此故意識的將反饋接成正反饋。帶通濾波器的作用是實(shí)現(xiàn)某一段頻率范疇內(nèi)的信號通過，而將此頻帶以外的信號阻斷。帶通濾波器經(jīng)慣用于抗干擾設(shè)備中，方便接受某一頻帶范疇之內(nèi)的信號，而消除低頻段和高頻段的干擾和噪聲。從原理上說，將一種通帶截止頻率為f2的低通濾波器與一種通帶截止頻率為f1的高通濾波器串聯(lián)起來，當(dāng)滿足條件f2>f1時，即可構(gòu)成帶通濾波器。當(dāng)輸入信號通過電路時，低通濾波器將f>f2的高頻信號阻斷，而高通濾波器將f<f1的高頻信號阻斷，最后，只有頻率范疇在f1<f<f2的信號才干通過電路，于是電路成為一種帶通濾波器。根據(jù)以上原理構(gòu)成的帶通濾波器輸入端的電阻R和電容C構(gòu)成低通電路，另一種電容C和電阻R2構(gòu)成高通電路，兩者串聯(lián)起來接在運(yùn)放的同相輸入端，輸出端通過電阻R3引回一種反饋，這樣就構(gòu)成了一種簡樸的帶通濾波器。本次課程為了濾波器的性能更加好，我們設(shè)計(jì)了一種4階帶通濾波器。2設(shè)計(jì)任務(wù)課程設(shè)計(jì)的目的通過課程設(shè)計(jì)，使課本所學(xué)知識得到實(shí)際應(yīng)用的同時，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力和獨(dú)立思考能力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)愛好和愛好。通過軟件Proteus仿真來使電路達(dá)成所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，以此鍛煉學(xué)生設(shè)計(jì)和調(diào)試電路的能力。課程設(shè)計(jì)任務(wù)與規(guī)定任務(wù)研究RC正弦波振蕩器和高階(3階以上)濾波器電路的原理及其應(yīng)用。規(guī)定1．認(rèn)真領(lǐng)略所選課程設(shè)計(jì)題目含意，查閱和運(yùn)用有關(guān)技術(shù)資料，鍛煉獨(dú)立思考的能力；2．運(yùn)用軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真，認(rèn)真統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和波形，要精確、規(guī)范、獨(dú)立完成仿真內(nèi)容,自覺培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)作風(fēng)；3．認(rèn)真完畢課程設(shè)計(jì)論文（應(yīng)包含電路圖、元器件清單、仿真調(diào)試及設(shè)計(jì)總結(jié)等）。課程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)對于RC正弦波振蕩器來說，頻率為2100Hz；對于高階濾波器來說，設(shè)計(jì)一種4階中心頻率為9050HZ的帶通濾波器。3RC正弦波振蕩器工作原理電路原理及元件選擇電路原理振蕩電路的原理圖如圖所示。其中集成運(yùn)放A作為放大電路，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是選頻網(wǎng)絡(luò)，并且當(dāng)f=f0時，它是一種接成正反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)。另外，和支路引入一種負(fù)反饋。由圖可見，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的串聯(lián)支路和并聯(lián)支路，以及負(fù)反饋中的和，正好構(gòu)成一種電橋的四個臂，因此這種電路又稱為文式電橋振蕩電路。圖RC正弦波振蕩器原理圖元件選擇RC正弦波振蕩器元器件選擇如表所示。表RC正弦波振蕩器元器件選擇電阻電容二極管運(yùn)算放大器電源5個2個2個1個2個參數(shù)計(jì)算振蕩頻率為了判斷電路與否滿足振蕩的相位平衡條件，可假設(shè)在集成運(yùn)放的同相輸入端將電路斷開，并加上輸入電壓Ui。由于輸入電壓加在同相輸入端，故集成運(yùn)放的輸出電壓與輸入電壓相似，即φA=0。已知當(dāng)f=f0時，φA+φF=0,電路滿足相位平衡條件。由此可知，電路的振蕩頻率為:根據(jù)給定頻率2100HZ，設(shè)定C=100nF，由（）得R=7600Ω。起振條件震蕩的幅度平衡條件為，已知當(dāng)f=f0時，,由此能夠求得起振條件為已知同相比例運(yùn)算電路輸出電壓與輸入電壓之間的比例系數(shù)為1+,為了達(dá)成1+>3（）負(fù)反饋支路的參數(shù)應(yīng)滿足關(guān)系>2（） 44階帶通濾波器工作原理電路原理及元件選擇電路原理如圖所示，電路以集成運(yùn)放為中心，輸入端的電容C和電阻R構(gòu)成低通電路，另一種電容C和電阻R2構(gòu)成高通電路，兩者結(jié)合起來接在運(yùn)放的同相輸入端，輸出端通過一種電阻R3引回一種反饋。圖帶通濾波器原理圖元件選擇帶通濾波器電路元器件選擇如表所示。表4階帶通濾波器元器件選擇電阻電容運(yùn)算放大器電源 10個4個2個4個參數(shù)計(jì)算我們在這里設(shè)定濾波器的中心頻率f0=9050HZ，電容C=10nF，根據(jù)（）計(jì)算得R=1760Ω。

5Proteus軟件介紹Proteus是世界上出名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是現(xiàn)在世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺，其解決器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，又增加了Cortex和DSP系列解決器，并持續(xù)增加其它系列解決器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多個編譯器。Proteus軟件含有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功效。這些功效是：（1）原理布圖（2）PCB自動或人工布線（3）SPICE電路仿真革命性的特點(diǎn)1．互動的電路仿真顧客甚至能夠?qū)崟r采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。2．仿真解決器及其外圍電路能夠仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等慣用主流單片機(jī)。還能夠直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配備的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個元件庫，可提供的仿真儀表資源：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器能夠在一種電路中隨意的調(diào)用。除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還提供了一種圖形顯示功效，能夠?qū)⒕€路上變化的信號，以圖形的方式實(shí)時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功效更多。這些虛擬儀器儀表含有抱負(fù)的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡量減少了儀器對測量成果的影響。另外，Proteus可提供的調(diào)試手段Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號涉及模擬信號和數(shù)字信號。6電路仿真與成果分析RC正弦波振蕩器仿真與成果分析電路仿真RC正弦波振蕩器電路仿真如圖所示。圖RC正弦波振蕩器仿真圖成果分析如圖所示，仿真成果為一條正弦波。圖RC正弦波振蕩器仿真成果4階帶通濾波器器仿真與成果分析電路仿真4階帶通濾波器電路仿真如圖所示。圖4階帶通濾波器仿真圖成果分析如圖所示，藍(lán)色為輸入波形，黃色為輸出波形，當(dāng)輸入頻率為100HZ時，輸出為直線，滿足帶通的規(guī)定。圖4階帶通濾波器成果圖如圖所示，當(dāng)輸入頻率為10000時，輸出為原則正弦波，滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。圖4階帶通濾波器成果圖如圖所示，當(dāng)輸入頻率為100000HZ時，輸出幾乎衰減為一條直線，滿足帶通設(shè)計(jì)規(guī)定。圖4階帶通濾波器成果圖致謝本次課程設(shè)計(jì)共歷時3周，第一周完畢了軟件（proteus）安裝和軟件學(xué)習(xí),為后兩周的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。第二周我們按規(guī)定完畢了兩種電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試，即使在調(diào)試過程中碰到了某些問題，但我們通過努力思考，主動謀求老師協(xié)助，讓問題得到了及時的解決。第三周是電路仿真與論文撰寫，在調(diào)試好電路的基礎(chǔ)上，電路仿真很順利的出了成果，接下來是論文的撰寫，即使已不是第一次撰寫論文，但諸多細(xì)節(jié)還是容易無視，我們本著認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，通過重復(fù)修改，最后完畢了撰寫。通過這次課程設(shè)計(jì)，不僅使以前學(xué)過的知識的到了鞏固和實(shí)際應(yīng)用，并且在調(diào)試電路的過程中，培養(yǎng)了我們耐心認(rèn)真的品質(zhì)，