多种波形发生器文档格式.docx
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0.3V
(4)正弦波幅值±
0.1V。
1.2.2设计功能
用中小规模集成芯片设计制作产生方波、三角波和正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。
掌握数子电子技术、模拟电子技术、555定时电路的原理及功能等基本知识。
2整机电路的组成
2.1电路图
拿到课题时,经过几天的查找我们找到了方案。
如图2-1
图2-1电路图
2.2电路图的选定
小组人员在对方案的优缺点进行认真比对以及指导老师杨桂花老师的建议下,考虑到现在的工作环境以及实现几率小组人员决定选电路简单、成本低廉、调试方便无环境需求的这套方案。
3整机电路框图
3.1整机电路框图
根据课题设计技术指标的要求,本电路主要由电源指示灯、多谐振荡器、方波输出电路、三角波输出电路、正弦波输出电路等几部分组成。
整机电路框图如3-1所示
图3-1多种波形发生器方框图
3.2电路的方框图的原理
其工作原理为:
通过6V电源给电路供电,多谐振荡器输出脉冲给方波输出电路,方波信号经RC积分电路后输出三角波,输出三角波再经RC积分电路输出正弦波。
电路可同时产生方波、三角波、正弦波并输出,该信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便。
555定时器接成多谐振荡工作形式,C2为定时电容,C2的充电回路是R2→R3→RP→C2;
C2的放电回路是C2→RP→R3→IC的7脚(放电管)。
由于R3+RP》R2,所以充电时间常数与放电时间常数近似相等,由IC的3脚输出的是近似对称方波。
按图元件参数,其频率为1KHZ左右,调节电位器RP可改变振荡器的频率。
方波信号经R4、C5积分网络后,输出三角波。
三角波再经R5、C6积分网络,输出近似的正弦波。
C1是电源滤波电容。
发光二极管VD用作电源
根据电路元件,进行数据估算,得出的理论值如表1
表1
方波
45
3.5ms
0.25Hz
三角波
正弦波
4单元电路设计、器件的选择
4.1555定时器及其应用
4.1.1工作原理
555电路的内部电路方框图如图4-1所示。
它含有两个电压比较器,一个基本RS触发器,一个放电开关管T,比较器的参考电压由三只5K的电阻构成的分压器提供。
它们分别使高电平比较器C1的同相输入端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为2/3Vcc和1/3Vcc.C1与C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号自6脚,即高电平触发输入并超过参考电平2/3Vcc时,触发器复位;
当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时,触发器置位。
4.1.2内部电路框图及引脚功能
555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图
引脚功能:
Vi1:
高电平触发端,简称高触发端,标志为TH。
Vi2:
低电平触发端,简称低触发端,标志为
。
VCO:
控制电压端。
VO:
输出端。
:
放电端。
复位端。
是复位端,低电平有效。
复位后,基本RS触发器的
端为1,经反相缓冲器后,输出为0。
4.2发光二极管
4.2.1工作原理
发光二极管简称为LED。
由镓与砷、磷的化合物制成的二极管,当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管,在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。
磷砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光。
它是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能;
常简写为LED。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。
常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
4.2.2结构图
图4-2发光二极管结构图
4.3电容器
4.3.1电容的作用
所谓电容,就是容纳和释放电荷的电子元器件。
电容的基本工作原理就是充电放电,当然还有整流、振荡以及其它的作用。
另外电容的结构非常简单,主要由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成,所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定的。
在计算机系统的主板、插卡、电源的电路中,应用了电解电容、纸介电容和瓷介电容等几类电容,并以电解电容为主。
纸介电容是由两层正负锡箔电极和一层夹在锡箔中间的绝缘蜡纸组成,并拆叠成扁体长方形。
额定电压一般在63V~250V之间,容量较小,基本上是pF(皮法)数量级。
现代纸介电容由于采用了硬塑外壳和树脂密封包装,不易老化,又因为它们基本工作在低压区,且耐压值相对较高,所以损坏的可能性较小。
万一遭到电损坏,一般症状为电容外表发热。
瓷介电容是在一块瓷片的两边涂上金属电极而成,普遍为扁圆形。
其电容量较小,都在pμF(皮微法)数量级。
又因为绝缘介质是较厚瓷片,所以额定电压一般在1~3kV左右,很难会被电损坏,一般只会出现机械破损。
在计算机系统中应用极少,每个电路板中分别只有2~4枚左右。
电解电容的结构与纸介电容相似,不同的是作为电极的两种金属箔不同(所以在电解电容上有正负极之分,且一般只标明负极),两电极金属箔与纸介质卷成圆柱形后,装在盛有电解液的圆形铝桶中封闭起来。
因此,如若电容器漏电,就容易引起电解液发热,从而出现外壳鼓起或爆裂现象。
电解电容都是圆柱形,体积大而容量大,在电容器上所标明的参数一般有电容量(单位:
微法)、额定电压(单位:
伏特),以及最高工作温度(单位:
℃)。
其中,耐压值一般在几伏特~几百伏特之间,容量一般在几微法~几千微法之间,最高工作温度一般为85℃~105℃。
指明电解电容的最高工作温度,就是针对其电解液受热后易膨胀这一特点的。
所以,电解电容出现外壳鼓起或爆裂,并非只有漏电才出现,工作环境温度过高同样也会出现。
4.3.2电容的工作原理
从某种意义上说,电容器有点像电池。
尽管两者的工作方式截然不同,但它们都能存储电能。
像电池一样,电容器也具有两个电极。
在电容器内部,这两个电极分别连接到被电介质隔开的两块金属板上。
电介质可以是空气、纸张、塑料或其他任何不导电并能防止这两个金属极相互接触的物质。
利用两片铝箔和一张纸,您就可以轻松地制作一个电容器。
充电完成后,电容器与电池具有相同的电压(如果电池电压是1.5伏特,则电容器电压也是1.5伏特)。
小电容器容量较低,但大电容器可以容纳大量电荷。
4.4电阻器
4.4.1电阻器的介绍
导体对电流的阻碍作用就叫导体的电阻。
电阻是所有电子电路中使用最多的元件。
电阻的主要物理特征是变电能为热能,也可说它是一个耗能元件,电流经过它就产生内能。
电阻在电路中通常起分压分流的作用,对信号来说,交流与直流信号都可以通过电阻。
电阻都有一定的阻值,它代表这个电阻对电流流动阻挡力的大小。
电阻的单位是欧姆,用符号“Ω”表示。
欧姆是这样定义的:
当在一个电阻器的两端加上1伏特的电压时,如果在这个电阻器中有1安培的电流通过,则这个电阻器的阻值为1欧姆。
出了欧姆外,电阻的单位还有千欧(KΩ,兆欧(MΩ)等。
4.4.2电阻器的作用
小功率电阻器通常为封装在塑料外壳中的碳膜构成,而大功率的电阻器通常为绕线电阻器,通过将大电阻率的金属丝绕在瓷心上而制成。
如果一个电阻器的电阻值接近零欧姆(例如,两个点之间的大截面导线),则该电阻器对电流没有阻碍作用,串接这种电阻器的回路被短路,电流无限大。
如果一个电阻器具有无限大的或很大的电阻,则串接该电阻器的回路可看作开路,电流为零。
工业中常用的电阻器介于两种极端情况之间,它具有一定的电阻,可通过一定的电流,但电流不像短路时那样大。
电阻器的限流作用类似于接在两根大直径管子之间的小直径管子限制水流量的作用。
5电路的组装与调试
5.1元器件的检测
电路组装调试之前首先要对所用元器件进行检测,判断元器件的好坏和确定元器件的引脚及极性。
下面将分别介绍电路中所用到的元器件的检测方法。
(1)二极管引脚极性的检测
检测内容:
判别正、负电极。
将万用表置于R×
100档或R×
1k档,两表笔分别接二极管的两个电极,测出一个结果后,对调两表笔,再测出一个结果。
两次测量的结果中,有一次测量出的阻值较大(为反向电阻),一次测量出的阻值较小(为正向电阻)。
在阻值较小的一次测量中,黑表笔接的是二极管的正极,红表笔接的是二极管的负极。
(2)极性电容引脚极性的检测
判断正、负极。
测量时,先假定某极为“+”极,让其与万用表的黑表笔相接,另一电极与万用表的红表笔相接,记下表针停止的刻度(表针靠左阻值大),然后将电容器放电(既两根引线碰一下),两只表笔对调,重新进行测量。
两次测量中,表针最后停留的位置靠左(阻值大)的那次,黑表笔接的就是电解电容的正极。
5.2电路的组装
第一步:
把电路图中所需的元器件的参数算出来;
第二部:
选购元器件;
第三步:
把所选的元器件进行检测看是否有无短路现象;
第四步:
准备好所需工具;
第五步:
摆放元器件,调整局部元器件位置,使之达到美观有利于焊接;
第六步:
把摆放好的元器件焊接到电路板上;
第七步:
按电路图将电源线、接地线、波形输出线接好;
5.3电路的调试
(1)把焊接好的电路板通电,看电源指示灯是否亮。
如果不亮,用万用表检测电路板是否有虚焊的地方。
(2)把方波输出线接在示波器上看是否有波形输出。
若无波形输出,检测555芯片是否损坏。
(3)把三角波和正弦波输出线分别接在示波器上看是否有波形的输出,按照电路图所示检查输出波形的积分电路部分是否短路。
(4)如果电源指示灯亮,但没有波形的输出,调节RP改变频率看是否有波形输出。
(5)当有波形输出时,调节电位器改变555输出频率,看是否能达到指标。
实际输出频率如下表所示
47.8
3.6ms
0.28Hz
6结论
经过两周的努力,我们完成了本次课程设计,并且基本达到了预期的效果,实现了其要求的功能和各项指标。
在课程设计进行的过程中,总会遇到这样那样的问题。
首先在连接电路时电线的搭接错误,然后我们就对电路一部分一部分进行检查,因此在这方面耗费的时间很多。
在检查过程中还出现了个别元件没有接地的现象。
其次是对电路各部分参数的计算。
在电路调试过程中555定时器实现了其功能,输出波形,电路正常工作。
参考文献
[1]余孟尝.数字电子技术基础简明教程.北京:
高等教育出版社.2006,6.
[2]杨素行.模拟电子技术基础简明教程.北京:
高等教育出版社.2004,5.
[3]郭宏,刘显忠,姜桥.电子技术应用实践指导.哈尔滨工程大学出版社.2008,1.
[4]郭培源.电子电路及电子器件.北京:
高等教育出版社.2001,3.
附录一
B:
实物图
附录二
器件列表
表2
元件名称
型号参数
数量
集成块
NE555
1
发光二极管
LED(红)
滑动变阻器
50K
电阻
0.51K
1K
10K
3
62K
电容
0.01u
2
0.47u
0.1u
极性电容
10u
100u
万能板
S-1
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