正弦波信号发生器设计课设.docx
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正弦波信号发生器设计课设
课程设计I(论文)说明书
(正弦波信号发生器设计)
2010年1月19日
摘要
正弦波是通过信号发生器,产生正弦信号得到的波形,方波是通过对原信号进行整形得到的波形。
本文主要介绍了基于op07和555芯片的正弦波-方波函数发生器。
以op07和555定时器构成正弦波和方波的发生系统。
Op07放大器可以用于设计正弦信号,而正弦波可以通过555定时器构成的斯密特触发器整形后产生方波信号。
正弦波方波可以通过示波器检验所产生的信号。
测量其波形的幅度和频率观察是否达到要求,观察波形是否失真。
关键词:
正弦波方波op07555定时器
引言2
1发生器系统设计2
1.1系统设计目标2
1.2总体设计2
1.3具体参数设计4
2发生器系统的仿真论证4
3系统硬件的制作4
4系统调试5
5结论5
参考文献6
附录7
1
引言
正弦波和方波是在教学中经常遇到的两种波形。
本文简单介绍正弦波和方波产生的一种方式。
在这种方式中具体包含信号发生器的设计、系统的论证、硬件的制作,发生器系统的调制。
1、发生器系统的设计
1.1发生器系统的设计目标
设计正弦波和方波发生器,性能指标要求如下:
1)频率范围100Hz-1KHz;
2)输出电压
>1V;
3)波形特性:
非线性失真
<5%。
1.2总体设计
(1)正弦波设计:
正弦波振荡电路由基本放大电路、反馈网络、选频网络组成。
2
图1.1
正弦波振荡电路产生的条件是要满足振幅平衡和相位平衡,即AF=1;φa+φb=±2nπ;A=X。
/Xid;F=Xf/X。
;正弦波振荡电路必须有基本放大电路,本设计以op07芯片作为其基本放大电路。
基本放大电路的输出和基本放大电路的负极连接电阻作为反馈网络。
反馈网络中两个反向二极管起到稳压的作用。
振荡电路的振荡频率f0是由相位平衡条件决定的。
一个振荡电路只在一个频率下满足相位平衡条件,这要求AF环路中包含一个具有选频特性的选频网络。
f0=1/2πRC。
要实现频率可调,在电容C不变的情况下电阻R可调就可以实现频率f0的变化。
(2)方波设计:
方波可以把正弦波通过斯密特触发器整形后产生。
基于555定时器接成的斯密特触发器。
设斯密特触发器输出波形为V1,V2且V1>V2。
输入正弦波v1从0逐渐升高的过程:
v1<1/3Vcc时,输出v0=V1;
当1/3Vcc v1>2/3Vcc时,v0=V2; 输入正弦波v1从高于2/3Vcc开始下降的过程: 当1/3Vcc 输出v0=V2保持不变;v1<1/3Vcc时,输出v0=V1; 此电路中会产生V=1/3Vcc的回差电压。 这个电压就是就是方波的振幅。 而方波的频率是随着正弦波的频率变化的。 所以方波的频率等于正弦波的频率f0。 3 (3)正弦波和方波的连接框图: 图1.2 1.3具体参数设计 根据设计的频率范围要求: 100Hz-1KHz;由f0=1/2πRC,在电容为0.1uF时。 可以计算出1.59k 而正弦波的振幅由反馈网络中的R1、R2、二极管构成的稳压管电压VD决定。 正弦波输出电压V1=3R1/(2R1-R2);为了能够起振,要求R1+R2>2R1,选择R1=5.1k,那么R2>5.1k,所以选择阻值为20k的可变电阻。 而在电源提供给芯片的电压中还有一些杂波,所以在接入C4、C5、C6起到滤波的作用。 C7是起到积分的作用和隔直流的作用。 总而使得方波的输出波形更加的稳定。 原理图(见附录图d) 2、发生器系统的仿真论证 在实际制作之前,根据设计的原理图,通过multisim10.0仿真软件进行仿真,完善原理图的设计。 仿真原理图(见附录图a),通过示波器检测得到的正弦波形(见附录图b),通过示波器检测得到的方波形(见附录图c); 4 3、系统硬件的制作 电路板的绘画可以通过DXP2004来完成,根据设计的电路绘制原理图(见附录)绘制出的原理图导出PCB,再通过人工的排序后,设置线条的大小和安全距离,自动布线,再对自动布线后的结构做必要的修改,只PCB板更加的美 观(见附录)。 根据PCB板做出电路板。 并焊接。 完成电路板硬件的制作。 4、系统调制 用万用表根据原理图线路的连接对电路板进行检测是否有短路、虚焊、断路现象。 完成这些操作后,正确的把电路板接入电源。 用示波器检测波形的幅频特性和观察波形是否失真。 开始调制时。 由于设计的时候没有考虑到要频率的可调性,在选频网路中没有用到可调电阻,所以频率只能在一个频率点上,并不能满足频率可调的要求,根据频率的范围选择50k的级联电阻,使得选频网络中的电阻能够达到同步可调。 用级联电阻调节正弦函数的频率。 产生的正弦波导入斯密特触发器是,回出项较大程度的失真,可能是因为导入的正弦波中存在着杂波,导致整形后得到的方波出现毛尖的问题。 在导入正弦波之前加一个积分电容。 得到的波形基本达到要求。 调制完善后。 用示波器对波形进行测量,在大致不是真的情况下,频率在32Hz~4kHz,正弦波的峰峰值为: 6.8V,方波的峰峰值为3.1V。 基本达到了设计的要求。 频率理论值计算如下; C3=0.1uF;Rp=0~50k; =>31.8Hz< < ; 但是在电路的调制过程中当调制的范围大于4kHz后,波形出项较严重的失真。 5、总结 正弦波-方波函数发生器可以分为正弦波产生部分和方波产生部分。 正弦波的产生电路时基于op07的放大电路实现的,通过放大电路的自激振荡来完成,这需要放大器满足自激振荡的条件: AF=1;φa+φb=±2nπ。 由基本放大电路、选频网络、反馈网络构成。 而方波的才产生是由555构成的斯密特触发器整形后实现。 本文主要陈述了正弦波-方波函数发生器的原理,正弦波的设计,方波的设计。 绘制原理图到,设计PCB图,到做电路板和调制的全过程。 设计的电路基本完成了设计的要求,但其中也有缺点和需要完善的地方。 在正弦波部分缺点主要是波形有些微弱的失真,波形的上升部分下降部分微弱的不对称,可能是由于选择的元器件精确度不够,导致在调制的时候没有办法做到更加的准确。 方波部分可能是因为输入的正弦波并没有到达要求,所以输出的方波有些微弱的杂波。 出现毛尖现在。 因为电源提供给芯片的电压中也存在微小的杂波,如果能够把电源里的杂波滤除,系统收到的干扰也将会减少。 通过课程设计掌握了一个电路板从设计到调制完成的全过程。 5 参考文献 【1】康华光,陈大钦,张林.电子技术基础模拟部分(第五版)【M】北京: 高等教育出版社,2010: 339~342,434~441 【2】阎石.数字电子技术基础(第五版)【M】.北京: 高等教育出版社,2010,488~497 【3】周巍,黄建华.数字逻辑电路 实验 设计. 仿真【M】.成都: 电子科技大学出版社,2010,98~99 [1]陈尚松,雷加,郭庆.电子测量与仪器[M].北京: 电子工业出版社,2005: 108~126 XX文库-让每个人平等地提升自我 6 附录 仿真原理图: 图a 正弦波仿真: 图b 7 方波仿真: 图c DXP原理图: 图d DXP-PCB图: 8 图e 附录f: 元件清单 序号 名称 数量 备注 1 555芯片 1 2 Op07芯片 1 3 八角芯片底座 2 4 电容 7 0.1uF 5 电阻 2 5.1k 6 级联电阻 1 50k 7 可变电阻 1 20k 8 排针 2 9 排线 1 10 二极管 2 6V 9
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