幅值可調(diào)的正弦信號發(fā)生器課程設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計I總結(jié)報告</b></p><p>　　題 目：幅值可調(diào)的正弦信號發(fā)生器 </p><p>　　院 （系）：電子工程與自動化學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器 </p><p>　　學(xué)生姓名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　信號發(fā)生器被廣泛的應(yīng)用于各種教育和科研場所，且隨著科技的進(jìn)

3、步和社會的發(fā)展，信號發(fā)生器的重要性將會日益凸顯。本次課程設(shè)計所設(shè)計的正弦信號發(fā)生器所使用的方法是由方波經(jīng)濾波器產(chǎn)生正弦信號。方波信號由555數(shù)字芯片所組成的多諧振蕩器所產(chǎn)生，其中調(diào)節(jié)多諧振蕩器中的滑動變阻器便可產(chǎn)生出所需要的信號的頻率，經(jīng)過帶通濾波器濾除雜波成分，再經(jīng)過放大倍數(shù)可調(diào)的運(yùn)算放大器，便可產(chǎn)生出所需的幅值可調(diào)的正弦波。本次設(shè)計的信號發(fā)生器制作成本不高，電路簡單，可以節(jié)約人力物力資源，還具有實際的應(yīng)用價值。</p>

4、<p>　　關(guān)鍵字：多謝振蕩器，帶通濾波器，運(yùn)算放大器NE5532</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一．設(shè)計任務(wù)及要求?！?2</p><p>　　二．方案論證和選擇，系統(tǒng)框圖?！?2</p><p>　　三．單元電路

5、的設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇?！?3</p><p>　　四．完整的電路圖，以及電路的工作原理?！?4</p><p>　　五．組裝調(diào)試的內(nèi)容：………………………………………………….9</p><p>　　1.使用的主要儀器和儀表 …………..………..................................9</p

6、><p>　　2調(diào)試電路的方法和技巧；……………………………………...….9</p><p>　　3測試的數(shù)據(jù)和波形；………………………………………………9</p><p>　　4調(diào)試中出現(xiàn)的故障原因及排除方法。……………………………..12</p><p>　　六．電路設(shè)計總結(jié)。…………………………………………………….12</p>

7、;<p>　　七．收獲、體會?！?.…..12</p><p>　　八．參考文獻(xiàn)。……………………………………………………..…..13</p><p>　　附錄一：……………………………………………………………..…..13</p><p>　　1.所用元器件…………………………………………………………....…1

8、3</p><p>　　2.電路原理圖…………………………………………………………..…..14</p><p>　　3.PCB圖?！?…....15</p><p>　　4.電路實物圖………………………………………………………….…...16</p><p>　　附錄二：…………………………………

9、………………………………..16</p><p>　　用諧振濾波電路產(chǎn)生7KHZ正弦波的實物電路圖……………………..……..16</p><p>　　用諧振濾波電路產(chǎn)生7KHZ正弦波的仿真結(jié)果………………………..…......17</p><p>　　一、設(shè)計任務(wù)及要求:</p><p>　　1、利用555振蕩器產(chǎn)生1KHZ---10KH

10、Z 的方波信號；</p><p>　　2、利用濾波電路或調(diào)諧電路產(chǎn)生1KHZ---10KHZ 的正弦波信號；</p><p>　　3、設(shè)計增益可調(diào)的放大器使輸出信號幅值在5V~~~10V之間可調(diào)。</p><p>　　4、通過課程設(shè)計，加深對《電路分析》、《模擬電路》、《數(shù)字邏輯》等課程知識的理解。</p><p>　　5、進(jìn)一步訓(xùn)練和提高同

11、學(xué)們的實際應(yīng)用能力。</p><p>　　6、 要求同學(xué)們能夠綜合運(yùn)用基礎(chǔ)課程所學(xué)知識，設(shè)計并制作出一個實際應(yīng)用電路或整機(jī)。</p><p>　　7、撰寫課程設(shè)計報告。</p><p>　　二、方案的論證和選擇，系統(tǒng)框圖</p><p><b>　?。ㄒ唬┓桨刚撟C</b></p><p>　　方波

12、信號的產(chǎn)生由555多諧振蕩器經(jīng)過周期性的振蕩產(chǎn)生，濾波電路部分有三種方案：第一種是用低通濾波器產(chǎn)生正弦波，第二種是利用帶通濾波器產(chǎn)生正弦波，第三種是利用調(diào)諧濾波電路來產(chǎn)生正弦波。</p><p>　　低通濾波器法：濾波電路由兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成，它的功能是通過從零到某一截止角頻率的低頻信號，而對大于截止頻率的的所有頻率給予衰減。其電路特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低。</p><

13、p>　　帶通濾波器法：帶通電路可以由低通電路和高通電路經(jīng)串聯(lián)組成，而高通濾波器可由低通濾波器中的R和C的位置互換而得到。只要低通濾波器的截止角頻率大于高通濾波器的截止角頻率，兩者覆蓋的帶同就提供了一個帶帶通響應(yīng)。</p><p>　　利用調(diào)諧電路來產(chǎn)生正弦波信號，調(diào)諧電路中設(shè)計好LC振蕩電路的振蕩頻率，當(dāng)外加的頻率和振蕩電路的頻率相同的時候，電路由于諧振，就可以通過LC振蕩來把方波濾波成正弦波。</p

14、><p>　　其中，由555多諧振蕩器產(chǎn)生基頻為1KHZ—10KHZ的 方波信號的信號，經(jīng)過截止頻率為1KHZ的低通濾波器或帶通濾波器可以得到1KHZ的正弦波信號，而如果需要其它頻率成分的分量，則需要經(jīng)過帶通濾波器或者諧振電路來產(chǎn)生。現(xiàn)在利用帶通濾波器來產(chǎn)生3KHZ 的正弦波，利用諧振電路來產(chǎn)生7KHZ 的正弦波。用諧振產(chǎn)生濾波電路只在論文最后面附上相關(guān)的圖片，電路的原理及設(shè)計的具體內(nèi)容不進(jìn)行介紹，下面著重介紹用帶通

15、電路產(chǎn)生3KHZ的正弦波。</p><p><b>　?。ǘ┫到y(tǒng)框圖</b></p><p>　　圖（1） 總的設(shè)計思路框圖</p><p>　　如圖（1）所示，由振蕩電路產(chǎn)生3KHZ的方波信號，經(jīng)過帶通濾波器得到3KHZ的正弦波信號，再經(jīng)過放大電路使輸出的正弦波信號幅值在5V~~~~10V之間可調(diào)，最后在示波器上顯示出來。</p>

16、;<p>　　三．單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇</p><p>　　圖（2）振蕩電路部分</p><p>　　圖（3）濾波電路部分</p><p>　　圖（4）運(yùn)算放大電路部分</p><p><b>　　振蕩電路</b></p><p>　　如圖（2）所示，由555定時器和外

17、接電阻R1、R8和C1構(gòu)成多諧振蕩器，利用電源通過R1、R8向C1充電，以及C1通過R8向放電端DIS放電，使電路產(chǎn)生振蕩。555電路要求R1和R8均應(yīng)大于或等于1KHZ，且R1+R8應(yīng)小于或等于3.3MΩ。所接的電源電壓為5V，放光二極管的作用是顯示電源的工作與否，R11的作用是保護(hù)發(fā)光二極管不被燒壞，C9作為電源交流成分的旁路，通過調(diào)節(jié)R1、R8以及C1可以調(diào)節(jié)振蕩器的輸出頻率。電阻R1和R8、電容C1的具體數(shù)值計算如下：</

18、p><p>　　因為所需的振蕩頻率為3KHZ，所以振蕩器的周期為T≈333.3us,而T=t1+t2，t1=0.7*(R1+R8)*C1，t2=0.7*R8*C1。令C1=0.01uf，且t1≈t2，令R1=5.1KΩ,則R8=24KΩ。</p><p><b>　　2.濾波電路</b></p><p>　　如圖（3）所示，R9和C6構(gòu)成低通電路，

19、C7和R10構(gòu)成高通電路，且為了計算方面令R9=2* R10，C6= C7，由運(yùn)放NE5532和R5和R12構(gòu)成同相比例放大電路。各參數(shù)的計算過程如下：</p><p>　　因為通帶頻率為f=3KHZ，周期T≈333.3us，可設(shè)高通和低通電路的截止頻率均為3KHZ。而R9*C6=1/（2*π*f），因為運(yùn)放電路中的電阻不宜選擇過大或過小，故令C6=0.01uf，可算出R9≈5.305kΩ，則R10=10.61

20、kΩ。為了使同相比例放大電路得品質(zhì)因數(shù)Q最大，而Q=1/(3-A)且A<3，故令放大器的放大倍數(shù)為A=2.9，令R5=10 kΩ，則R12=(A-1)*R5=19 kΩ。</p><p>　　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(shè)計的濾波電路。</p><p><b>　　3.放大電路</b></p><p>　　如圖

21、（4）所示，因為信號經(jīng)過前面的濾波電路后，經(jīng)同相比例放大電路進(jìn)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(diào)節(jié)R14和R15，使輸出信號幅度在5V~~~10V之間可調(diào)。</p><p>　　四．完整的電路圖，以及電路的工作原理</p><p><b>　　(一)完整的電路圖</b></p><p>　　圖（5）完整的

22、電路圖</p><p><b>　?。ǘ╇娐饭ぷ髟?lt;/b></p><p>　　為了更好的理解電路的工作原理，首先得對電路圖中用到的芯片進(jìn)行介紹一下：</p><p>　　1、 555定時器：芯片管腳如下</p><p>　　圖（6） 555定時器的管腳圖</p><p>　　表6—1 55

23、5定時器的功能表 </p><p>　　圖（7） 555定時器的功能表555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出

24、端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。</p><p>　　現(xiàn)在，因為本次課設(shè)是要用555來接成多諧振蕩器，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(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。<

25、/p><p>　　圖（8） 多諧振蕩電路</p><p>　　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VCC—R1—R2—C—地，按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到時（TH、端電平大于），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。是低電平，T導(dǎo)通，C放電，放電回路為C—R2—T—地，按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)下降到時（TH、端電平小于），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。<

26、/p><p>　　2、運(yùn)放ne5532。芯片管腳如下</p><p>　　圖（9）運(yùn)放ne5532的管腳圖</p><p>　　芯片8腳和4腳分別接正負(fù)電源,一塊集成芯片內(nèi)包含有兩片運(yùn)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：</p><p>　　工作電壓Min.(V):±

27、3；工作電壓Max.(V):±20；帶寬GBW(典型值)(MHz):10；轉(zhuǎn)換速率(典型值)(V/us):9；輸入失調(diào)電壓(25℃,Max.)(mV):4.0@±15 V；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(fù)電源端公用，一個電路接1,2,3腳

28、，另一個電路接5,6,7腳，這樣可以節(jié)約成本。</p><p>　　帶通濾波器由低通與高通濾波電路串聯(lián)而成，當(dāng)?shù)屯V波器的截止頻率大于高通濾波器的截止頻率時，低通和高通覆蓋的帶寬就提供了一個帶通響應(yīng)。通過調(diào)節(jié)同相比例放大電路部分的反向輸入電阻可以調(diào)節(jié)輸出電壓的幅度以及輸出波形的品質(zhì)因數(shù)，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出波形的帶寬，品質(zhì)因數(shù)與帶寬之間的關(guān)系是：BW=f/Q,其中，f為基波頻率。</p><p>

29、　　最后一級的運(yùn)算放大電路用反向比例放大電路構(gòu)成，輸出端通過滑動變阻器反饋到</p><p>　　圖（10） 反向比例放大電路</p><p>　　輸入端，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器R15可以實現(xiàn)對放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)。</p><p>　　五．組裝調(diào)試的內(nèi)容：</p><p>　　1.使用的主要儀器和儀表 ：</p><p>　

30、　數(shù)字萬用表，函數(shù)信號發(fā)生器，數(shù)字示波器，穩(wěn)壓電源，Multisim11仿真軟件，Altium Designer Winter 09 DXP畫圖軟件。</p><p>　　2.調(diào)試電路的方法和技巧：</p><p>　　調(diào)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(zhì)量不好以及畫線與畫線之間的干擾，會導(dǎo)致整

31、個電路上的干擾比較大，最后波形會出不來。在畫電路原理圖之前，首先用仿真軟件Multisim11 對電路進(jìn)行仿真，觀察在理想情況輸入理想?yún)?shù)的到的波形，這樣再畫電路原理圖，就可以減少一些錯誤。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(diào)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。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(xì)，焊盤可適當(dāng)調(diào)整大小，最重要的是要注意各元件

32、的封裝。在制作完電路板之后，通電測試前，仔細(xì)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。</p><p>　　3.測試的數(shù)據(jù)和波形；</p><p>　　用Multisim11仿真軟件進(jìn)行仿真的效果如下：</p><p><b>　?。?）方波波形</b></p><p>　　圖（11） 仿真的方

33、波波形</p><p><b>　?。?）正弦波波形：</b></p><p>　　圖（12） 仿真的正弦波波形</p><p>　　進(jìn)行實物測試時的波形如下：</p><p><b>　?。?）方波波形</b></p><p>　　圖（13）實測的方波波形</p>

34、;<p><b>　?。?）正弦波波形</b></p><p>　　圖（14）實測的正弦波波形，由信號源提供信號</p><p>　　圖（15）由自制的555電路產(chǎn)生方波，經(jīng)濾波電路到示波器顯示結(jié)果</p><p>　　以上的實測波形是在基波為3KHZ時產(chǎn)生的，信號源的幅度為5V。實測波形與仿真波形較吻合，誤差較小。</p&

35、gt;<p>　　4調(diào)試中出現(xiàn)的故障原因及排除方法</p><p>　　本次課程設(shè)計的過程，由于平時很少做板，導(dǎo)致第一次畫PCB圖時線的大小及焊盤的大小都設(shè)置得太小，最后做出來的板子質(zhì)量不好，焊板時的難度很大，調(diào)試時可能由于線與線之間的距離太小而導(dǎo)致干擾太大，最后調(diào)試不出波形來，而且555定時器的管腳封裝畫錯了，這又增加了調(diào)試及制版的難度，最后導(dǎo)致第一塊板作廢，但是總的思想及電路的接法并沒有錯誤。第

36、二次畫圖制版時，為了盡量避免電路板上的干擾，故采用分部分制板的方法，即把方波信號產(chǎn)生電路獨(dú)立出來做，濾波電路和放大電路在另外一塊電路板上做，并且指導(dǎo)老師也建議這樣做。畫 PCB板的線的大小及焊盤的大小都已經(jīng)改得加合理，線寬1.0mm,焊盤大小2.0mm，并且為了避免線繞的太長而采取了跳線的方法，最后做的板質(zhì)量比較好。但是由于再次畫圖時在電路中兩級帶通之間增加了分壓電路，增加分壓電路的原因是：為了增大濾波電路的品質(zhì)因數(shù)從而降低帶寬，而把濾

37、波電路的同向放大電路的放大倍數(shù)設(shè)置的較大，使輸出的波形進(jìn)行了放大，因此后面需要增加分壓電路來把輸出電壓的幅度降下來。這樣一來產(chǎn)生的新問題是導(dǎo)致前后級濾波電路的阻抗不匹配，波形還是出不來。后面請教過科協(xié)的同學(xué)后，找出來了電路出現(xiàn)的問</p><p>　　六．設(shè)計電路的特點(diǎn)和方案的優(yōu)缺點(diǎn)，課題核心價值，以及改進(jìn)意見</p><p>　　1. 設(shè)計電路的優(yōu)點(diǎn)：兩塊電路板的布局都比較合理，布線的線

38、長也比較短，印制電路板和腐蝕電路板以及鉆孔都做得比較好。電路的參數(shù)設(shè)計也比較好，誤差較小。</p><p>　　2. 設(shè)計電路的缺點(diǎn)：焊接的技術(shù)不太好，可能是由于平時沒怎么做過電路板，缺乏經(jīng)驗。另外，帶通濾波電路的設(shè)計采用了四階濾波電路，即用了兩個帶通電路，這樣雖然濾除出來的正弦波比較好，但是增加了電路的復(fù)雜性，也增加了電路中線與線之間以及電容的干擾。</p><p>　　3. 改進(jìn)意見：

39、做電路板時最好可以分開幾部分來做，特別是在做模擬電路的時候，分開來做有利于減少干擾，也有利于對電路的調(diào)試。另外，畫PCB 圖時應(yīng)該先把參數(shù)設(shè)置合理。</p><p>　　4. 課題核心價值：通過本次幅值可調(diào)的正弦信號發(fā)生器的制作，我對與電路分析、數(shù)字電路，特別是模擬電路的掌握更深了一層，懂得了如何將課本所學(xué)的知識應(yīng)用于實踐中。</p><p>　　對于一些同類電子產(chǎn)品有一定的了解，對555

40、定時器的應(yīng)用由理論上升到實際操作，即能增強(qiáng)動手能力對于制作電路板也更加有經(jīng)驗了。</p><p><b>　　七．收獲、體會</b></p><p>　　這次課程設(shè)計的制作時我鞏固了這個學(xué)期電子電路CAD的內(nèi)容，電路板的制作過程中我從同學(xué)和老師那里學(xué)習(xí)了不小制作和調(diào)試電路板的方法和經(jīng)驗。首先是實踐必須要有相關(guān)的理論知識作為支撐，做設(shè)計之前必須要把相關(guān)的理論搞清楚，要有

41、總體的設(shè)計思想。其次是在制作電路板之前有必要先進(jìn)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(chǔ)知識學(xué)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(xué)習(xí)。</p><p>　　所有的這些將對我以后的學(xué)習(xí)或工作產(chǎn)生很大的幫助。在此我也想感謝幫助過我的老師和同學(xué)。</p><p><b>　　八．參考文獻(xiàn)</b&g

42、t;</p><p>　　1.《電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分（第五版）》 高等教育出版社 康華光 主編</p><p>　　2. 《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) （第五版）》 高等教育出版社 閻石 主編</p><p>　　3.《數(shù)字邏輯電路 實驗 設(shè)計 仿真》 電子科技大學(xué)出版社 周巍 黃雄 編著 <

43、;/p><p><b>　　附錄一</b></p><p><b>　　所用元器件：</b></p><p><b>　　電路原理圖</b></p><p><b>　　（1）方波產(chǎn)生電路</b></p><p>　　（2）濾波及放大電

44、路</p><p><b>　　PCB圖</b></p><p><b>　?。?）方波產(chǎn)生電路</b></p><p>　　（2）濾波及放大電路</p><p><b>　　電路實物圖</b></p><p><b>　　附錄二</b&