方波三角波正玄波函数发生器设计方案 .docx

精品名师归纳总结路就法 -2902230674方波- 三角波 - 正玄波函数发生器设计目录1 函数发生器的总方案及原理框图1.1 电路设计原理框图1.2 电路设计类型2 设计的目的及任务2.1 课程设计的目的2.2 课程设计的任务与要求2.3 课程设计的技术指标3 部分挑选电路及其原理3.1 集成函数发生器 8038 简介.2方波- 三角波转换电路的工作原理4 电路仿真4.1 方波- 三角波发生电路的仿真4.2 三角波 - 正弦波转换电路的仿真4.3 正弦波 - 方波- 三角波电路输出5 电路的原理5.1 电路图及元件原理5.2 电路各部分作用5.3 总电路的安装与调试6 心得体会8 仪器外说明细清单9 参考文献1. 函数发生器总方案及原理框图一、主原理框图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1.1 555定时器的工作原理555 定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路，其组成电路框图如图22.32 所示。555 定时器有二个比较器 A1 和 A2，有一个 RS 触发器， R 和 S 高电平有效。三极管VT1 对清零起跟随作用，起缓冲作用。三极管VT2 是放电管，将对外电路的元件供应放电通路。比较器的输入端有一个由三个5kW 电阻组成的分压器，由此可以获得和 两个分压值，一般称为阈值。 555 定时器的 1 脚是接的端 GND，2 脚是低触发端 TL，3 脚是输出端 OUT，4 脚是清除端 Rd， 5 脚是电压掌握端 CV， 6 脚是高触发端 TH，7 脚是放电端 DIS，8 脚是电源端 VCC。555 定时器的输出端电流可以达到200mA，因此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载，如继电器、扬声器、发光二极管等。2、单稳类电路单稳工作方式，它可分为 3 种。见图示。第 1 种<图 1）是人工启动单稳，又由于定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元，并分别以 1.1.1和 1.1.2为代号。他们的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：“ RT-6.2- CT”和“ CT-6.2- RT”。第 2 种<图 2）是脉冲启动型单稳，也可以分为2 个不同的单元。他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”，都是从 2 端输入。 1.2.1 电路的 2 端不带任何元件，具有最简洁的形式。1.2.2 电路就带有一个 RC 微分电路。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第 3 种<图 3）是压控振荡器。单稳型压控振荡器电路有很多，都比较复杂。为简洁起见，我们只把它分为 2 个不同单元。不带任何帮助器件的电路为1.3.1。使用晶体管、运放放大器等帮助器件的电路为 1.3.2。图中列出了 2 个常用电路。1.2 函数发生器的总方案函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。依据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件 如低频信号函数发生器S101 全部采纳晶体管 >，也可以采纳集成电路 如单片函数发生器模块 8038>。为进一步把握电路的基本理论及试验调试技术，本课题采纳由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波三角波正弦波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如第一产生正弦波，然后通过整形电路将可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波。也可以第一产生三角波方波， 再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采纳先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：由比较器和积分器组成方波三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳 定，输入阻抗高，抗干扰才能较强等优点。特殊是作为直流放大器时，可以有效的抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。2. 课程设计的目的和设计的任务可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.1 设计目的1. 把握电子系统的一般设计方法2. 把握模拟 IC 器件的应用3. 培育综合应用所学学问来指导实践的才能4. 把握常用元器件的识别和测试5 熟识常用外表，明白电路调试的基本方法可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.2 设计任务设计方波三角波正弦波函数信号发生器2.3 课程设计的要求及技术指标1、设计、组装、调试函数发生器2、输出波形：正弦波、方波、三角波。3、要有稳固的输出波形。4、频率范畴： 100HZ1kHZ, 1HZ10kHZ。输出电压：方波 VP-P24V ,三角波 VP-P6V。波形特性：方波 tr 30s1KHZ , 最大输出时 >，三角波 23、部分挑选电路及其原理可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1、集成函数发生器 8038 简介18038 的工作原理可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结12由手册和有关资料可看出， 8038 由恒流源 I 、I，电压比较器 C、C 和触发器 等组成。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结12其内部原理电路框图和外部引脚排列分别如图XX_01和图 XX_02所示。1. 正弦波线性调剂。 2.正弦波输出。 3.三角波输出。 4.恒流源调剂。 5.恒流源调剂。 6.正电源。 7.调频偏置电压。 8.调频掌握输入端。 9.方波输出 <集电极开路输出）。 10.外接电容。 11.负电源或接的。 12. 正弦波线性调剂。 13、14.空脚2. 如下列图为采纳 8038 的函数发生电路。采纳集成电路芯片8038 构成的函数发生器可同时获得方波、三角波和正弦波。三角波通过电容恒流放电而直接形成。方波由掌握信号获得。正弦波由三角波通过折线近似电路获得。通过这种方式获得的正弦波不是平滑曲线，其失真率为 1 左右，可满意一般用途的需要。电路中的电位器 PR1 用于调整频率，调整范畴为 20Hz 到 20kHz 。PR2 用于调整波形的失真率， PR3 用于调整波形的占空比。在图 XX_01 中，电压比较器 C1 、C2 的门限电压分别为 2V R/3 和 V R/3< 其中V R=V CC+ VEE），电流源 I1 和 I 2 的大小可通过外接电阻调剂，且I2 必需大于 I 1。当可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结触发器的 Q 端输出为低电平常，它掌握开关S使电流源 I2 断开。而电流源 I 1 就向外接电容 C 充电，使电容两端电压VC 随时间线性上升，当VC 上升到 VC=2V R/3 时，比较器C1 输动身生跳变，使触发器输出 Q 端由低电平变为高电平，掌握开关S 使电流源 I 2 接通。由于 I2> I1 ，因此电容 C 放电， VC 随时间线性下降。当 VC 下降到 VC<=Vr 比较器C2 输动身生跳变，使触发器输出端Q 又由高电平变为低电平， I 2 再次断开， I 1 再次向 C 充电， VC 时间线性上升。如此周而复始，产生振荡。如I2=2 I1 ，VC 时间与下降时间相等，就产生三角波输出到脚 3 。而触发器输出的方波，经缓冲器输出到脚9。三角波经正弦波变换器变成正弦波后由脚 2 输出。当 I 1<I2<2 I1 时， VC 升时间与下降时间不相等， 管脚 3 输出锯齿波。因此， 8038 能输出方波、三角波、正弦波和锯齿波等四种不同的波形。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结有关触发器的工作原理见数字部分。图9.5.1 中的触发器，当 R 端为高电平、 S 端为低电平常， Q 端输出低电平。反之，就 Q 端为高电平。2 8038 的典型应用由图 XX_02可见，管脚 8 为调频电压掌握输入端，管脚7 输出调频偏置电压，其值 <指管脚 6 与 7 之间的电压）是 VCC+VEE/5>，它可作为管脚 8 的输入电压。此外，该器件的方波输出端为集电极开路形式，一般需在正电源与9 脚之间外接一电阻，其值常选用 10k左右，如图 XX_03所示。当电位器 Rp1 动端在中间位置，并且图中管脚7 短接时，管脚 9、3 和 2 的输出分别为方波、三角波和正弦波。电路的振荡频率8 与f 约为 0.3/C R1+RP1/2>。调剂 RP1、RP2 可使正弦波的失真达到较抱负的程度。由于 8038 价格比较昂贵，因而不使用该种电路。2、通用函数发生器电路图信号发生器可分为三部分：正弦波及三角波发生器、计数器和脉冲及斜波发生器。如下列图， XR2206 采纳压控振荡器，频率调整通过电位器RP510k> 实现，很简洁调整到频率千分之一以内。假如转变固定电阻R3 的阻值，也可转变 RP5 的阻值。正弦波和三角波电路和其它同类仪器不同，衰减开关S1 变信号的幅值，不影响偏置电压。依据需要的固定衰减 到 20dB ，电压比为 10> ，用 R6 ，并联固定电阻 R7 调整。也可接变阻器调整电阻。尽管调整电阻较贵，但易于实现。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结R2206是一种单片集成函数发生器，能产生高稳固度和高精度的正弦波、三角波、矩形波等，这些输出信号可受外加电压掌握、其工作频率由外部参数设定。它的频率工作范畴是 0.01Hz1MHz，正弦波的失真度为 0.5 ，图 2 所示为采纳 XR2206组成的 FSK信号发生器的基本电路。XR2206 内部的 VCO<压控振荡器）电路通过定时电容Ct 分别与两个接的电阻 Rt1和 Rt2 相连， VCO的电流开关受输入到 9 脚的 TTL电平掌握， 2 脚输出调制的正弦波信号。电路的振荡频率由电容 Ct 和电阻 Rt1、Rt2 打算。由于电路特别复杂，而且也没有很搞的要求，即使满意，也没有其他电路的标准，有其他波的干扰。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4 . 电路仿真4.1 产生方波可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.2 产生三角波4.3 产生正弦波4.4 三个波形进行比较可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.5 电路仿真5各组成部分的工作原理一、这是制作要求的电路原理图1 、555 定时器是一种集模拟，数字于一体的中规模集成电路。它不仅用于信号的产生和变换，仍常用于掌握与检测。555 定时器成本低，性能牢靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作 为定时器广泛应用于仪器外表、家用电器、电子测量及自动掌握等方面1. 下面是 IC555 的各个引脚的作用：<TR）为低电平触发端。该端输入电压高于1/3UCC时，比较器 C2 输出为“ 1”，当输入电压低于 1/3UCC时，比较器 C2 输出为“ 0”。<u0）为输出端。输出为“ 1”时的电压比电源电压 UCC低 2V 左右。输出最大电流为200mA。 <）为复位端。在此端输入负脉冲<“ 0”电平，低于 0.7V ）可使触发器直接置“ 0”，正常工作时，应将它接“ 1”<接+UCC）。 <CO）为电压掌握端。静态时，此端电位为2/3UCC。如在此端外加直流电压，可改 变分压器各点电位值。在没有其他外部联线时，应在该端与的之间接入0.01 F的电容， 以防干扰引入比较器 C1 的同相端。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结<TH）为高电平触发端。该输入端电压低于2/3UCC时，比较器 C1 输出为“ 1”，当输入电压高于 2/3UCC时，比较器 C1 输出为“ 0”。<D）为放电端，当输出 U0=“0”，即触发器= 1 时，放电晶体管 T 导通，相当 7端对的短接。当 u0 为“ 1”，即= 0 ， T 截止， 7 端与的隔离。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结和分别为电源端和接的端。 CMO5S55 集成定时器的电源电压在 4.5V 18V 范畴内使用。2 、5 定时器的功能主要由两个比较器打算。两个比较器的输出电压掌握 RS 触发器和放电管的状态。在电源与的之间加上电压，当 5 脚悬空时，就电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3 ， A2 的同相输入端的电压为 VCC /3 。如触发输入端 TR 的电压小于 VCC /3 ，就比较器 A2 的输出为 1 ，可使 RS 触发器置 1 ，使输出端 OUT=1 。假如阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3 ，同时 TR 端的电压大于 VCC /3 ，就 A1 的输出为 1 ， A2 的输出为 0 ，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。表 5.1555 集成定时器的功能表RDTHTRu0T0××0导通1大于 2/3UCC大于1/3UCC0导通1小于 2/3UCC小于1/3UCC1截止1小于 2/3UCC大于1/3UCC保持保持2. 工作状况说明555 定时器 ×1 CD4060 计数器 ×1 1 555 集成定时器 555 集成定时器是模拟功能和数字规律功能相结合的一种双极型中规模集成器件。外加电阻、电容可以组成性能稳固而精确的多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等。它是由上、下两个电压比较器、三个5k 电阻、一个 RS 触发器、一个放电三极管T 以及功率输出级组成。比较器 C1 的同相输入端接到由三个 5 k 电阻组成的分压网络的 2/3Vcc 处，反相输入端为阀值电压输入端。比较器C2 的反相输入端接到分压电阻网络的 1/3Vcc 处，同相输入端为触发电压输入端，用来启动电路。两个比较器的输出端掌握 RS 触发器。 RS 触发器设置有复位端 ，当复位端处干低电平常，输出为低电平。掌握电压端是比较器 C1 的基准电压端，通过外接元件或电压源可转变掌握端的电压值，即可转变比较器 C1 、C2 的参考电压。不用时可将它与的之间接一个O01F的电容，以防止干扰电压引入。 555 的电源电压范畴是 +4.5 +18V ，输出电流可达100 200mA ，能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器。CMOS 集成定时器CC7555 的功能和 TTL 集成定时电路完全一样，但驱动才能小一些，内部结构也不同， 555 定时器的功能表见表 14-1 。图 14-1 555 电路引脚图 图 14-2 TTL 电路 555 电路结构表 14-1 555 芯片功能表触发阈值复位放电端输出H 导通 L H 原状态 H 截止 H L 导通 L2555 定时器的应用 单稳态电路 单稳态电路的组成和波形如图 14-3 所示。当电源接通后， Vcc 通过电阻 R 向电容 C 充电，待电容上电压 Vc 上升到 2/3Vcc 时， RS 触发器可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结置 0，即输出 Vo=0 ，同时电容 C 通过三极管 T 放电， RS 触发器输入变位 1、1，输出保持不变。当触发端的外接输入信号电压 Vi1/3Vcc 时， RS 触发器置 1,即输出 Vo=1 ，同时，三极管 T 截止。电源 Vcc 再次通过 R 向 C 充电。输出电压维护高电平的时间取决于RC 的充电时间，待电容上电压 Vc 上升到 2/3Vcc 时， RS 触发器置 0，即输出 Vo=0 ，当t=tW 时，电容上的充电电压为。所以输出电压的脉宽tW=RCln3 1.1RC 一般 R 取1k10M ， C1000pF 。值得留意的是： t 的重复周期必需大于 tW，才能保证每一个负脉冲起作用。由上式可知，单稳态电路的暂态时间与VCC 无关。因此用 555 定时器组成的单稳电路可以作为精密定时器。图14-3 单稳态电路的电路图和波形图 多谐振荡器多谐振荡器的电路图和波形图如图14-4 所示。电源接通后， Vcc 通过电阻 R1 、R2 向电容 C 充电。当电容上电 VC=2/3Vcc 时，阀值输入端受到触发，比较器C1 翻转，输出电压 Vo=0 ，同时放电管 T 导通，电容 C 通过 R2 放电。当电容上电压 Vc=1/3Vcc 时，比较器 C2 输出 0，输出电压 Vo=1 。C 放电终止、又重新开头充电，周而复始，形成振荡。其振荡周期与充放电的时间有关：充电时间：放电时间： 振荡周期：T=tPH+tPL 0.7R1+2R2>C 振荡频率： f=1/T= 占空系数： 当 R2>>R1 时，占空系数近似为 50 。图 14-4 多谐振荡器的电路图和波形图由上分析可知：a）电路的振荡周期 T、占空系数 D，仅与外接元件 R1、R2 和 C 有关，不受电源电压变化的影响。b）转变 R1 、R2 ，即可转变占空系数，其值可在较大范畴内调剂。c） 转变 C 的值，可单独转变周期，而不影响占空系数。 另外，复位端也可输入 1 个掌握信号。复位端为低电平常，电路停振。 施密特触发器施密特触发器电路图和波形图如图14-5 所示，其回差电压为 1/3Vcc 。当输入电压大于 2/3Vcc 时输出低电平，当输入电压小于1/3Vcc 时输出高电平，如在电压掌握端外接可调电压Vco<1.5 5V ），可以转变回差电压VT。施密特触发器可便利的的把非矩形波变换为矩形波，如三角波到方波。施密特触发器可以将一个不规章的矩形波转换为规章的矩形波。施密特触发器可以挑选幅度达到要求的脉冲，虑掉小幅的杂波。图 14-5 施密特触发器电路图和波形图 3. CD4060 是 14 位二进制串行计数器，其引脚图如图 14 6。 由 14 级二进制计数器和非门组成的振荡器组成，外接振荡电路可以做时钟源。图6 6CD4060 引脚图 ：时钟输入端，下降沿计数。 CP0 ：时钟输出端。 ：反向时钟输出端。 RD 清零端为异步清零。 作为2Hz 、4Hz 、8Hz 等时钟脉冲源时，典型接线方法如图14-7 ，从计数器输出端可以得到多种 32.678kHz 的分频脉冲。图 6-7 4060 作为时钟源 可以加上 RC 回路构成时钟源。如图 14-8 ，其中 T1.4RC 图 6-8 RC 回路作为时钟源图 6-6 CD4060 引脚图 4. CD4017是十进制计数器 /时序译码器，内部有一个十进制计数器和一个时序译码器，图 14-9 是其引脚图， CP 为时钟脉冲输入，上升沿计数， 为答应计数，低电平有效，计数时 Q0 Q9 的十个输出端依次为高电平， RD 为异步清零端， RD=1 时 Q0=1 。计数器的输出 Q0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Q4=1 时进位 Co=1 ， Q5Q9=1 时 Co=0 。图 69CD4017 引脚图一般计数器作为分频时，从计数器输出引脚可以得到CP 的 2、4、8 分频的信号，用 N 进制计数器可以得到 N 分频信号。依此原理用 CD4017 可以便利得到 2 10 分频信号，将 CD4017 输出端Q2 Q9 分别与复位端相连，可以构成 2 9 的分频。如图 14-10 所示构成 3 分频，当高电平移到 Q3 时，计数器复位，重新计数，3 分频信号可以从 Q0 Q2 中一个输出，不接反馈复位就可以得到 10 分频。2.2 RC 积分电路原理电路结构如图，积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，仍可将锯齿波转换为抛物波。电路原理很简洁，都是基于电容的冲放电原理，这里就不具体说了，这里要提的是电路的时间常数 R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必需要大于或等于 10 倍于输入波形的宽度。输出信号与输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。从图得， Uo=Uc=1/C> icdt,因 Ui=UR+Uo,当 t=to时， Uc=Oo.随后 C 充电，由于 RCTk, 充电很慢，所以认为 Ui=UR=Ric,即 ic=Ui/R, 故Uo=1/c> icdt=1/RC> icdt这就是输出 Uo正比于输入 Ui 的积分 < icdt ）RC电路的积分条件： RCTk可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结五、主要元件的参数主要元件参数规格发光二极管5mm集成电路IC5551.电阻三个 10K2. 一个 1K3. 一个 62K4. 一个 510 欧滑动电阻一个 20K电解电容1.2.一个 100 微法一个 10 微法电容1.2.3.4.一个 10 微法一个 0.47 微法两个 0.01 微法两个 0.1 微法可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结六、心得与体会1、通过这次课程设计，加强了我们动手、摸索和解决问题的才能。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和其他类型的各种电路原理。通过对他们的比较和熟识，我找到了简洁、正确的方法。2、通过对电路条件的限制，要求我们能更深次的懂得各种器件的原理及使用规章， 对具体的情形做到正确的判定，提高了我们对书本学问的把握，也把我们从理论水平提高到实践水平。3、我沉得做课程设计同时也是对课本学问的巩固和加强，由于课本上的学问太多， 平常课间的学习并不能很好的懂得和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们明白了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的熟识。4、在对各种方案进行排查时，我们才明白到我们现在的学问水平仍很有限，需要我们自己拓展，要多看一些关于其他类型的不同的见解。5、尽管课程设计是在期末才开头，我们的教材学习完毕，把握很多学问，但是仍有 很多的方懂得领会不到位，由于对555 电路相关章节未能把握以致用到秒脉冲产生电路无法自行设计，只得参考其他文献，在EWB中试行操作，逐步摸索。彻悟学海无涯只有苦来作舟，学无止境只有书来作伴。6、从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的学问，而且学到了很多在书本上所没有学到过的学问。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论学问是远远不够的，只有把所学的理论学问与实践相结合起来，从理论中得出结论， 才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手才能和独立摸索的才能。7 、这次课程设计最终顺当完成了，在设计中遇到了很多问题，都是很难弄懂的，但我都更加仔细的去做，这样才可以不断的提高自己。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结9 参考文献1、电子技术基础 * 数字部分，康华光，第五版2 、电子技术课程设计指导，彭介华 ，高等训练出版设3 、模拟电子技术基础 ，徐晓夏，清华高校出版社可编辑资料 - - - 欢迎下载