函数信号发生器的设计与制作Word文档格式.docx
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TTL型产品型号的最后三位都是555,CMOS型产品的最后四位都是7555,它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。
555定时器的电路如图9-28所示。
它由三个阻值为5k?
的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电晶体管T、与非门和反相器组成。
555定时器原理图
分压器为两个电压比较器C1、C2提供参考电压。
如5端悬空(也可对地接上0.01uF左右的滤波电容),则比较器C1的参考电压为
,加在同相端;
C2的参考电压为
,加在反相端。
u11是比较器C1的信号输入端,称为阈值输入端;
u12是比较器C2的信号输入端,称为触发输入端。
 ̄RD是直接复位输入端。
当 ̄RD为低电平时,基本RS触发器被置0,晶体管T导通,输出端u0为低电平。
u11和u12分别为6端和2端的输入电压。
当u11>
,u12>
时,C1输出为低电平,C2输出为高电平,,基本RS触发器被置0,晶体管T导通,输出端u0为低电平。
当u11<
,u12<
时,C1输出为高电平,C2输出为低电平,基本RS触发器被置1,晶体管T截止,输出端u0为高电平。
2/3Ucc,u12>
1/3Ucc时,基本RS触发器状态不变,电路亦保持原状态不变。
◆综上所述,可得555定时器功能如表所示。
◆555定时器的电路功能
输入
输出
阀值输入(V11)
触发输入(V12)
复位( ̄RD)
输出(V0)
放电管T
×
<
>
>
0
1
1
不变
导通
截止
实验原理
波形转变框架图
思路
积分器(低通滤波)
积分器波
﹍
555定时器接成多谐振荡器工作形式
用555定时器组成的多谐振荡器如左图所示
接通电源后,电容C2被充电,当Vc上升到
时,使V0为低电平放电三极管T导通,此时电容C2通过R3.R7.T放电,Vc下降。
当Vc下降到
时,V0翻转为高电平。
放电结束时,T截止,Vcc通过R2→R3→RP→C2向电容C2充电,当Vc从
上升到
时,电路又翻转为低电平。
如此周而复始,在输出端得到一个周期性的矩形波。
㈠555定时器接成多谐振荡器工作形式
电容C2放电所需的时间为:
Tpl=(R3+RP’)C2㏑21-1
电容C2充电所需的时间为:
Tph=(R3+R2+RP’)C2㏑21-2
占空比=
1-3
振荡频率f=
1-4
㈡积分电路
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须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。
Uo=Uc=(1/C)∫icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时,Uc=Oo.随后C充电,由于RC≥Tk,充电很慢,所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故
Uo=(1/c)∫icdt=(1/RC)∫Uidt
这就是输出Uo正比于输入Ui的积分(∫Uidt)
RC电路的积分条件:
RC≥Tk
㈢RC低通滤波器1、电路的组成
所谓的低通滤波器就是允许低频信号通过,而将高频信号衰减的电路,RC低通滤波器电路的组成如图所示。
2、电压放大倍数
令
,则
RC低通电路的频响特性
的模和幅角为
RC低通电路的幅频特性
RC低通电路的相频特性
实验器材
电阻510(一个)10K(三个)1K(一个)62K(一个)
电容100uF(一个)0.01uF(两个)0.0047uF(两个)0.47uF(一个)10uF(一个)
电位器RP=20K(一个)
发光二极管VD(一个)
555集成芯片一块(555定时器的1脚是接地端GND,2脚是低触发端TL,3脚是输出端OUT,4脚是清除端Rd,5脚是电压控制端CV,6脚是高触发端TH,7脚是放电端DIS,8脚是电源端VCC。
)
电路原理图
发光二极管VD用作电源指示(接通电源时亮),C1是电源滤波电容,
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)。
电位器RP可以调节占空比,在本电路图中,由于R3+RP》R2,所以充电时间常数(R2+RP+R3)*C2与放电时间常数(R2+RP)*C2近似相等,所以由多谐振荡器的3脚输出的是近似对称方波。
按图所示元件参数,按计算式(1-4)可以求得其频率为0.867~1.140KHZ,同时调节电位器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低通滤波器(能够让低频信号通过而不让中、高频信号通过的电路,其作用是滤去音频信号中的中音和高音成分,增强低音成分),输出近似的正弦波。
,该信号发生器如图所示电路可同时产生方波、三角波、正弦波并输出,特别适合电子爱好者或学生用示波电路简单、成本低廉、调整方便。
根据原理图由式1-3因为R3+RP’远大于R2,所以占空比=
=
≈50%
由式1-4f=
≈1.43/(R2+2R3+2RP’)C2
当RP=0时f=1144HZ周期T=
=0.874ms
当RP=20K时f==866.7HZ周期T=
=1.154ms
频率稳定度=
*100%=
MULTISIM仿真的电路图
RP=0%时的波形
RP=100%时的波形
MULTISIM仿真结果
RP=0%时
仿真波形
周期
峰峰值
矩形波
910.714us
5.000v
三角波
910.714us
234.416mv
正弦波
910.786us
150.467mv
RP=100%时
1.196ms
5.097v
307.346mv
222.743mv
五、系统测试及误差分析
5.1、测试仪器
数字示波器、万用表(UT52)。
5.2、测试数据
基本波形的频率测量结果
RP=0%时
测量波形
绝对误差
相对误差
实验结果分析
实验误差分析
1.测量时直流电源引起的误差
在MULTISIM仿真过程中,直流电源VCC接的是5V,而在实际测量中接的是+5V档,用万用表测得直流电源的实际输出电压为5.04V.
2.元器件误差
在MULTISIM上仿真时,各种元器件的值都是按标准值计算的,而在实际的测量中,各种元器件的值都与标准值有出入,下表中列出了电阻阻值的准确值与实际测量值的大小
电阻标准值与实际值对照表
元件
标准值
实际值
电阻R1
510
516
电阻R2
1K
0.982K
电阻R3
62K
61.1K
电阻R4
10K
9.9K
电阻R5
9.9k
电阻R6
3焊接时导线引起的误差
在电路焊接的过程中,焊点、导线等也存在着不可避免的误差
4.测量是各种仪器仪表引起的误差
5.人为误差
缺陷:
在实验测量波形图发现测得的正弦波很不明显,波形频率的可调范围小,误差较大。
正弦波不明显的可能原因:
因为此电路中的正弦波是从三角波经低通滤波器而来,由傅里叶变换将三角波转变为直流及正弦波各次谐波的形式经过R5.C6组成的低通滤波器输出来,可能含有多次谐波,使所得的正弦波失真,所以要改善正弦波,可以考虑改电容的大小使其他谐波的影响降低。
波形频率的可调范围小的原因:
在本实验的电路图中电位器RP的最大值是20K,而R2有62K所以波形的频率为f=f=
≈
由该式子可知RP对整个电路的频率影响不大,所以要想扩大频率范围可以尝试加大RP的阻值。
误差较大的原因:
根据上述实验误差分析最后输出的波形应是每阶段误差的叠加,要减少误差,应该采用比较精确的仪器,而且本实验的设计也存在不妥之处,用三角波积分转变为正弦波在理想状态下也是一个近似值,而在实验过程中存在很多的干扰及试验中的累积性误差,是得到的波形存在较大的失真。
还有很多影响的因素在实验之前没有考虑到。
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