RC正弦波振荡器课程设计毕业论文.docx
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RC正弦波振荡器课程设计毕业论文
沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书
摘要
振荡器是一种在没有外加激励信号,而自动的将直流电源产生的能量转化为具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流信号的电路。
振荡器一般由晶体管等有源器件和具有选频能力的无源网络所组成。
振荡器的种类很多,根据工作原理来分,可分为反馈式振荡器和负阻式振荡器两大类。
根据所产生波形的不同,可分为正弦波振荡器和非正弦
波振荡器。
根据选频网络所采用的器件来分,可分为LC振荡器、晶体振荡器以及RC振荡器等。
正弦波振荡器在无线电技术中应用非常广泛。
在通信系统中,可用来产生发射
极部分的载波信号和接收机中的本地震荡信号。
在电子测量仪器中,可用来各种频段的正弦波信号。
本课程主要研究RC正弦波振荡器的电路设计与proteus软件仿真。
滤波器是对波进行过滤的器件。
它的作用实质上是“选频”,即允许某一部分的信号顺利通过。
在无线电技术、自动测量和控制系统中,常被用来对模拟信号进行处理,如数据传送、抑制干扰。
滤波器根据工作信号的频率范围,可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
本课程主要是对带通滤波器的设计与仿真。
关键词:
RC正弦波振荡器;滤波器;proteus仿真
I
沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书
1
绪论....................................................................................................................................
1
2
设计任务..............................................................................................................................
2
2.1
课程设计的目的............................................................................................................
2
2.2
课程设计任务与要求....................................................................................................
2
2.3
课程设计技术指标........................................................................................................
2
3RC正弦波振荡器工作原理...................................................................................................
3
3.1
电路原理及元件选择...................................................................................................
3
3.2
参数计算.......................................................................................................................
3
4
4阶带通滤波器工作原理......................................................................................................
5
4.1
电路原理及元件选择...................................................................................................
5
4.2
参数计算.......................................................................................................................
5
5
Proteus软件介绍.................................................................................................................
6
6
电路仿真与结果分析.............................................................................................................
7
6.1RC正弦波振荡器仿真与结果分析..............................................................................
7
6.2
4阶带通滤波器器仿真与结果分析.............................................................................
7
致谢..........................................................................................................................................
10
参考文献..................................................................................................................................
11
II
沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书
1绪论
本次课程设计的内容包括RC正弦波振荡器电路和高阶带通滤波器电路的设计与仿
真两部分。
RC正弦波振荡器电路由四部分组成:
放大电路,反馈网络,选频网络,稳幅环节。
其中放大电路和反馈网络构成正反馈系统,共同满足AF=1。
选频网络由电阻和电容元件组成,作用是实现单一频率的正弦波振荡。
稳幅环节的作用是使振荡幅度达到稳定,通常可以利用放大元件的非线性特性来实现。
我们知道,负反馈放大电路产生自激振荡的条件是AF=—1,那是因为在放大电路中,为了改善性能,引入的是负反馈,而在振荡电路中,我们的目的就是要产生正弦波振荡,因此有意识的将反馈接成正反馈。
带通滤波器的作用是实现某一段频率范围内的信号通过,
而将此频带以外的信号阻
断。
带通滤波器经常用于抗干扰设备中,以便接收某一频带范围之内的信号,而消除低
频段和高频段的干扰和噪声。
从原理上说,将一个通带截止频率为
f2
的低通滤波器与
一个通带截止频率为f1
的高通滤波器串联起来,当满足条件
f2>f1
时,即可构成带通
滤波器。
当输入信号通过电路时,低通滤波器将
f>f2的高频信号阻断,而高通滤波器
将f f1 的信号才能通过电路,于是 电路成为一个带通滤波器。 根据以上原理组成的带通滤波器输入端的电阻 R和电容C组 成低通电路,另一个电容 C和电阻R2组成高通电路,二者串联起来接在运放的同相输 入端,输出端通过电阻 R3引回一个反馈,这样就组成了一个简单的带通滤波器。 本次 课程为了滤波器的性能更好,我们设计了一个 4阶带通滤波器。 1 沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 2设计任务 2.1课程设计的目的 通过课程设计,使课本所学知识得到实际应用的同时,增强学生的动手能力和独立 思考能力,培养学生的学习兴趣和爱好。 通过软件Proteus仿真来使电路达到所要求的 技术指标,以此锻炼学生设计和调试电路的能力。 2.2课程设计任务与要求 2.2.1任务 研究RC正弦波振荡器和高阶(3阶以上)滤波器电路的原理及其应用。 2.2.2要求 1.认真领会所选课程设计题目含意,查阅和运用相关技术资料,锻炼独立思考的 能力; 2.利用软件进行电路设计和仿真,认真记录数据和波形,要准确、规范、独立完成仿真内容,自觉培养严谨求实的科学作风; 3.认真完成课程设计论文(应包含电路图、元器件清单、仿真调试及设计总结等)。 2.3课程设计技术指标 对于RC正弦波振荡器来说,频率为2100Hz;对于高阶滤波器来说,设计一个 4阶 中心频率为9050HZ的带通滤波器。 2 沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 3RC正弦波振荡器工作原理 3.1电路原理及元件选择 3.1.1电路原理 振荡电路的原理图如图3.1所示。 其中集成运放A作为放大电路,RC串并联网络是 选频网络,而且当f=f0时,它是一个接成正反馈的反馈网络。 另外,Rf和R'支路引入 一个负反馈。 由图可见,RC串并联网络中的串联支路和并联支路,以及负反馈中的Rf和R',正好组成一个电桥的四个臂,因此这种电路又称为文式电桥振荡电路。 图3.1RC正弦波振荡器原理图 3.1.2元件选择 RC正弦波振荡器元器件选择如表3.1所示。 表3.1RC正弦波振荡器元器件选择 电阻电容二极管运算放大器电源 5个2个2个1个2个 3.2参数计算 3.2.1振荡频率 为了判断电路是否满足振荡的相位平衡条件,可假设在集成运放的同相输入端将电 路断开,并加上输入电压Ui。 由于输入电压加在同相输入端,故集成运放的输出电压与 输入电压相同,即φA=0。 已知当f=f0时,φA+φF=0,电路满足相位平衡条件。 由此可 知,电路的振荡频率为: 3 沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 f0 1 (3.1) 2RC 根据给定频率2100HZ,设定C=100nF,由(3.1)得R=7600Ω。 3.2.2起振条件 震荡的幅度平衡条件为AF1,已知当f=f0时,F1,由此可以求得起振条件为 3 3(3.2) AU 已知同相比例运算电路输出电压与输入电压之间的比例系数为1+Rf,为了达到R' 1+ Rf >3 (3.3) R' 负反馈支路的参数应满足关系 Rf>2R' (3.4) 4 沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 44阶带通滤波器工作原理 4.1电路原理及元件选择 4.1.1电路原理 如图4.1所示,电路以集成运放为中心,输入端的电容C和电阻R组成低通电路, 另一个电容C和电阻R2组成高通电路,两者结合起来接在运放的同相输入端,输出端通过一个电阻R3引回一个反馈。 图4.1带通滤波器原理图 4.1.2元件选择 带通滤波器电路元器件选择如表4.1所示。 表4.14阶带通滤波器元器件选择 电阻电容运算放大器电源 10个4个2个4个 4.2参数计算 我们在这里设定滤波器的中心频率f0 ,电容 C=10nF,根据 =9050HZ f 1 (4.1) 0 2RC 计算得R=1760Ω。 5 沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 5Proteus软件介绍 Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机 与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。 是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。 在编译方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。 Proteus软件具有其它EDA工具软件(例: multisim)的功能。 这些功能是: (1) 原理布图 (2)PCB自动或人工布线(3)SPICE电路仿真 革命性的特点 1.互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如RAM,ROM,键盘,马达,LED,LCD,AD/DA,部分SPI 器件,部分IIC器件。 2.仿真处理器及其外围电路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。 还可以直接在基于原理图 的虚拟原型上编程,再配合显示及输出,能看到运行后输入输出的效果。 配合系统配置 的虚拟逻辑分析仪、示波器等,Proteus建立了完备的电子设计开发环境。 Proteus可提供的仿真元器件资源: 仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件, 有30多个元件库,可提供的仿真仪表资源: 示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调 试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。 理论上 同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。 除了现实存在的仪器外,Proteus还提供了 一个图形显示功能,可以将线路上变化的信号,以图形的方式实时地显示出来,其作用 与示波器相似,但功能更多。 这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标,例如极高的输入 阻抗、极低的输出阻抗。 这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。 此外,Proteus 可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。 这些测试信号 包括模拟信号和数字信号。 6 沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 6电路仿真与结果分析 6.1RC正弦波振荡器仿真与结果分析 6.1.1电路仿真 RC正弦波振荡器电路仿真如图6.1所示。 图6.1RC正弦波振荡器仿真图 6.1.2结果分析 如图6.2所示,仿真结果为一条正弦波。 图6.2RC正弦波振荡器仿真结果 6.24阶带通滤波器器仿真与结果分析 7 沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 6.2.1电路仿真 4阶带通滤波器电路仿真如图6.3所示。 图6.34阶带通滤波器仿真图 6.2.2结果分析 如图6.4所示,蓝色为输入波形,黄色为输出波形,当输入频率为100HZ时,输 出为直线,满足带通的要求。 图6.44阶带通滤波器结果图 8 沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 如图6.5所示,当输入频率为10000时,输出为标准正弦波,满足设计要求。 图6.54阶带通滤波器结果图 如图6.6所示,当输入频率为100000HZ时,输出几乎衰减为一条直线,满足带通 设计要求。 图6.64阶带通滤波器结果图 9 沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 致谢 本次课程设计共历时3周,第一周完成了软件(proteus)安装和软件学习,为后两周的学习打下了基础。 第二周我们按要求完成了两种电路的设计与调试,虽然在调试过 程中遇到了一些问题,但我们通过努力思考,积极寻求老师帮助,让问题得到了及时的解决。 第三周是电路仿真与论文撰写,在调试好电路的基础上,电路仿真很顺利的出了结果,接下来是论文的撰写,虽然已不是第一次撰写论文,但很多细节还是容易忽略,我们本着认真严谨的态度,经过反复修改,最终完成了撰写。 通过这次课程设计,不仅使以前学过的知识的到了巩固和实际应用,而且在调试电路的过程中,培养了我们耐心认真的品质,在参数计算的过程中,培养了我们求实精确的品格,这些品质对以后的工作都有着不可忽视的影响。 最后,我要特别感谢刘淑华老师和韩雅菲老师在这次课设中提供的指导与帮助,如果没有老师的帮助,我可能不会这么顺利的完成这次课设! 我还要感谢我的同学在我遇到问题时的积极帮助,感谢你们! 10 沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书 参考文献 [1]杨素行.模拟电子技术基础简明教程(第三版).高等教育出版社,2005. [2]邹传云.高频电子线路.清华大学出版社.2012 [3]谢龙汉、莫衍.Proteus电子电路设计及仿真.电子工业出版社.2012 1.基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究 2.基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3.MOTOROLA单片机MC68HC(8)05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4.基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5.基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究 6.基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正(STR)调节器 7.单片机控制的二级倒立摆系统的研究 8.基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9.基于单片机的蓄电池自动监测系统 10.基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究 11.基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12.基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13.基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14.基于单片机的自动找平控制系统研究 15.基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发 16.基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17.模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现 18.一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制 19.基于双单片机冲床数控系统的研究 20.基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制 21.基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制 22.基于单片机的软起动器的研究和设计 23.基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究 24.基于单片机的机电产品控制系统开发 25.基于PIC单片机的智能手机充电器 26.基于单片机的实时内核设计及其应用研究 27.基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 28.基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 29.基于微型光谱仪的单片机系统 30.单片机系统软件构件开发的技术研究 31.基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制 32.基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33.基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用 34.基于单片机的光纤光栅解调仪的研制 35.气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制 36.基于单片机的数字磁通门传感器 37.基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究 38.基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究 39.单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40.基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪 41.基于单片机的电机运动控制系统设计 42.Pico专用单片机核的可测性设计研究 43.基于MCS-51单片机的热量计 44.基于双单片机的智能遥测微型气象站 45.MCS-51单片机构建机器人的实践研究 46.基于单片机的轮轨力检测 47.基于单片机的GPS定位仪的研究与实现 48.基于单片机的电液伺服控制系统 49.用于单片机系统的MMC卡文件系统研制 50.基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究 51.基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究 52.单片机控制的后备式方波UPS 53.提升高职学生单片机应用能力的探究 54.基于单片机控制的自动低频减载装置研究 55.基于单片机控制的水下焊接电源的研究 56.基于单片机的多通道数据采集系统 57.基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制 58.基于单片机的红外测油仪的研究 59.96系列单片机仿真器研究与设计 60.基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造 61.基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现 62.基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制 63.基于单片机的气体测漏仪的研究 64.基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器 65.基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究 66.基于单片机的膛壁温度报警系统设计 67.基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计 68.基于单片机船舶电力推进电机监测系统 69.基于单片机网络的振动信号的采集系统 70.基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究 71.基于单片机的叠图机研究与教学方法实践 72.基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现 73.基于AT89S52单片机的通用数据采集系统 74.基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究 75.机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统 76.基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究 77.基于单片机系统的网络通信研究与应用 78.基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究 79.基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究 80.基于双单片机冲床数控系统的研究与开发 81.基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究 82.基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究 83.基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现 84.变频调速液压电梯单片机控制器的研究 85.基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现 86.基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现 87.单片机嵌入式以太网防盗报警系统 88.基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现 89.单片机监测系统在挤压机上的应用 90.MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用 91.基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用 9
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