《课程设计I总结报告-幅值可调的正弦信号发生器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计I总结报告-幅值可调的正弦信号发生器（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1课程设计 I 总结报告题 目：幅值可调的正弦信号发生器 院 （系）：电子工程与自动化学院 专 业：测控技术与仪器 学生姓名： 学 号： 指导教师： 22012 年 1 月 11 日摘要信号发生器被广泛的应用于各种教育和科研场所，且随着科技的进步和社会的发展，信号发生器的重要性将会日益凸显。本次课程设计所设计的正弦信号发生器所使用的方法是由方波经滤波器产生正弦信号。方波信号由 555 数字芯片所组成的多谐振荡器所产生，其中调节多谐振荡器中的滑动变阻器便可产生出所需要的信号的频率，经过带通滤波器滤除杂波成分，再经过放大倍数可调的运算放大器，便可产生出所需的幅值可调的正弦波。本次设计的信号发生器制
2、作成本不高，电路简单，可以节约人力物力资源，还具有实际的应用价值。关键字：多谢振荡器，带通滤波器，运算放大器 NE55323目录一设计任务及要求。.2二方案论证和选择，系统框图。.2三单元电路的设计、参数计算和器件选择。.3四完整的电路图，以及电路的工作原理。.4五组装调试的内容：.91.使用的主要仪器和仪表 .92 调试电路的方法和技巧；.93 测试的数据和波形；94 调试中出现的故障原因及排除方法。.12六电路设计总结。.12七收获、体会。.12八参考文献。.13附录一：.131.所用元器件.132.电路原理图.143.PCB 图。.154.电路实物图.16附录二：.161. 用谐振滤波电
3、路产生 7KHZ 正弦波的实物电路图.162. 用谐振滤波电路产生 7KHZ 正弦波的仿真结果.174一、设计任务及要求:1、利用 555 振荡器产生 1KHZ-10KHZ 的方波信号；2、利用滤波电路或调谐电路产生 1KHZ-10KHZ 的正弦波信号；3、设计增益可调的放大器使输出信号幅值在 5V10V 之间可调。4、通过课程设计，加深对电路分析 、 模拟电路 、 数字逻辑等课程知识的理解。5、进一步训练和提高同学们的实际应用能力。6、 要求同学们能够综合运用基础课程所学知识，设计并制作出一个实际应用电路或整机。7、撰写课程设计报告。二、方案的论证和选择，系统框图（一）方案论证方波信号的产生
4、由 555 多谐振荡器经过周期性的振荡产生，滤波电路部分有三种方案：第一种是用低通滤波器产生正弦波，第二种是利用带通滤波器产生正弦波，第三种是利用调谐滤波电路来产生正弦波。1. 低通滤波器法：滤波电路由两节 RC 滤波电路和同相比例放大电路组成，它的功能是通过从零到某一截止角频率的低频信号，而对大于截止频率的的所有频率给予衰减。其电路特点是输入阻抗高，输出阻抗低。2. 带通滤波器法：带通电路可以由低通电路和高通电路经串联组成，而高通滤波器可由低通滤波器中的 R 和 C 的位置互换而得到。只要低通滤波器的截止角频率大于高通滤波器的截止角频率，两者覆盖的带同就提供了一个带带通响应。3. 利用调谐电
5、路来产生正弦波信号，调谐电路中设计好 LC 振荡电路的振荡频率，当外加的频率和振荡电路的频率相同的时候，电路由于谐振，就可以通过 LC振荡来把方波滤波成正弦波。其中，由 555 多谐振荡器产生基频为 1KHZ10KHZ 的 方波信号的信号，经过截止频率为 1KHZ 的低通滤波器或带通滤波器可以得到 1KHZ 的正弦波信号，而如果需要其它频率成分的分量，则需要经过带通滤波器或者谐振电路来产生。现在利用带通滤波器来产生3KHZ 的正弦波，利用谐振电路来产生 7KHZ 的正弦波。用谐振产生滤波电路只在论文最后面附上相关的图片，电路的原理及设计的具体内容不进行介绍，下面着重介绍用带通电路产生 3KHZ
6、 的正弦波。5（二）系统框图图（1） 总的设计思路框图如图（1）所示，由振荡电路产生 3KHZ 的方波信号，经过带通滤波器得到 3KHZ 的正弦波信号，再经过放大电路使输出的正弦波信号幅值在 5V10V 之间可调，最后在示波器上显示出来。三单元电路的设计、参数计算和器件选择图（2）振荡电路部分振荡电路带通滤波器放大电路输出显示6图（3）滤波电路部分图（4）运算放大电路部分1. 振荡电路如图（2）所示，由 555 定时器和外接电阻 R1、R8 和 C1 构成多谐振荡器，利用电源通过 R1、 R8 向 C1 充电，以及 C1 通过 R8 向放电端 DIS 放电，使电路产生振荡。555 电路要求 R
7、1 和 R8 均应大于或等于 1KHZ，且 R1+R8 应小于或等于 3.3M。所接的电源电压为 5V，放光二极管的作用是显示电源的工作与否， R11 的作用是保护发光二极管不被烧坏，C9 作为电源交流成分的旁路，通过调节 R1、R8 以及 C1 可以调节振荡器的输出频率。电阻 R1 和 R8、电容 C1 的具体数值计算如下：因为所需的振荡频率为 3KHZ，所以振荡器的周期为 T333.3us,而T=t1+t2，t1=0.7*(R1+R8)*C1，t2=0.7*R8*C1 。令 C1=0.01uf，且 t1t2，令 R1=5.1K,则 R8=24K。2.滤波电路如图（3）所示，R9 和 C6
8、构成低通电路，C7 和 R10 构成高通电路，且为了计算方面令R9=2* R10，C6= C7，由运放 NE5532 和 R5 和 R12 构成同相比例放大电路。各参数的计算过程如下：因为通带频率为 f=3KHZ，周期 T333.3us，可设高通和低通电路的截止频率均为3KHZ。而 R9*C6=1/（2*f） ，因为运放电路中的电阻不宜选择过大或过小，故令C6=0.01uf，可算出 R95.305k，则 R10=10.61 k。为了使同相比例放大电路得品质因数 Q 最大，而 Q=1/(3-A)且 A3，故令放大器的放大倍数为 A=2.9，令 R5=10 k，则R12=(A-1)*R5=19 k
9、。为了使输出波形变的更好，现采用两个带通滤波器串联作为整个设计的滤波电路。3.放大电路如图（4）所示，因为信号经过前面的滤波电路后，经同相比例放大电路进行了放大，故本放大电路采用反向比例放大电路，降低输出电压的幅度，并且通过调节 R14 和 R15，使输出信号幅度在 5V10V 之间可调。四完整的电路图，以及电路的工作原理(一) 完整的电路图78图（5）完整的电路图（二）电路工作原理为了更好的理解电路的工作原理，首先得对电路图中用到的芯片进行介绍一下：1、 555 定时器：芯片管脚如下图 （ 6） 555 定 时 器 的 管 脚 图表 61 555 定 时 器 的 功 能 表 图 （ 7） 5
10、55 定 时 器 的 功 能 表555 定 时 器 的 功 能 主 要 由 两 个 比 较 器 决 定 。 两 个 比 较 器 的 输 出 电 压 控 制 RS 触 发 器 和放 电 管 的 状 态 。 在 电 源 与 地 之 间 加 上 电 压 ， 当 5 脚 悬 空 时 ， 则 电 压 比 较 器 C1 的 同相 输 入 端 的 电 压 为 2VCC /3， C2 的 反 相 输 入 端 的 电 压 为 VCC /3。 若 触 发 输 入 端 TR 清零端 高触发端 TH 低触发端 Q 放电管 T 功能0 0 导通 直接清零1 0 1 x 保持上一状态 保持上一状态1 1 0 x 保持上一
11、状态 保持上一状态10 10 11 0导通截止置 1 清零9的 电 压 小 于 VCC /3， 则 比 较 器 C2 的 输 出 为 0， 可 使 RS 触 发 器 置 1， 使 输 出 端 OUT=1。 如 果 阈 值 输 入 端 TH 的 电 压 大 于 2VCC/3， 同 时 TR 端 的 电 压 大 于 VCC /3，则 C1 的 输 出 为 0， C2 的 输 出 为 1， 可 将 RS 触 发 器 置 0， 使 输 出 为 0 电 平 。现 在 ， 因 为 本 次 课 设 是 要 用 555 来 接 成 多 谐 振 荡 器 ， 它 没 有 稳 定 的 输 出 状 态 ， 只有 两
12、个 暂 稳 态 。 在 电 路 处 于 某 一 暂 稳 态 后 ， 经 过 一 段 时 间 可 以 自 行 触 发 翻 转 到 另 一 暂 稳态 。 两 个 暂 稳 态 自 行 相 互 转 换 而 输 出 一 系 列 矩 形 波 。图 （ 8） 多 谐 振 荡 电 路接 通 电 源 后 ， 假 定 是 高 电 平 ， 则 T 截 止 ， 电 容 C 充 电 。 充 电 回 路 是 VCCR1R2C地 ， 按 指 数 规 律 上 升 ， 当 上 升 到 时 （ TH、 端 电 平 大 于 ） ， 输 出 翻 转 为 低 电 平 。 是 低 电 平 ，T 导 通 ， C 放 电 ， 放 电 回 路
13、 为 CR2T地 ， 按 指 数 规 律 下 降 ， 当 下 降 到 时 （ TH、 端电 平 小 于 ） ， 输 出 翻 转 为 高 电 平 ， 放 电 管 T 截 止 ， 电 容 再 次 充 电 ， 如 此 周 而 复 始 ， 产 生振 荡 。2、 运 放 ne5532。 芯 片 管 脚 如 下图 （ 9） 运 放 ne5532 的 管 脚 图10芯 片 8 脚 和 4 脚 分 别 接 正 负 电 源 ,一 块 集 成 芯 片 内 包 含 有 两 片 运 放 ， 即 有 两 个 输 出 脚 ，分 别 为 1 脚 和 7 脚 ， 两 个 同 相 输 入 端 3 脚 和 5 脚 和 两 个 反
14、 向 输 入 端 2 脚 和 6 脚 。 其 极限 参 数 如 下 ：工作电压 Min.(V):3；工作电压 Max.(V):20；带宽 GBW(典型值)(MHz):10；转换速率(典型值)(V/us):9 ；输入失调电压(25 ,Max.)(mV):4.015 V；最大工作电流 ID(mA):8；共模抑制比(Min.)(dB):100；电源供电方式:双本 次 利 用 ne5532 接 成 带 通 滤 波 器 里 面 的 同 相 放 大 器 和 放 大 电 路 里 面 的 反 向 放 大 器 ，可 以 只 用 两 片 ne5532， 接 电 路 时 正 负 电 源 端 公 用 ， 一 个 电 路 接 1,2,3 脚 ， 另 一 个 电 路接 5,6,7 脚 ， 这 样 可 以 节 约 成 本 。带 通 滤 波 器 由 低 通 与 高 通 滤 波 电 路 串 联 而 成 ， 当 低 通 滤 波 器 的 截 止 频 率 大 于 高 通 滤波 器 的 截 止 频 率 时 ， 低 通
