基于555时基电路的方波信号源.docx
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基于555时基电路的方波信号源
基于555时基电路的方波信号源
华侨大学工学院
课程设计
专业班级:
信息工程姓名:
学号:
指导教师:
一、任务要求
1.设计制作要求
使用555时基电路产生频率为20kHz-50kHz的方波?
作为信号源;利用此方波?
,可在四个通道输出4种波形:
每通道输出方波?
、三角波、正弦波?
、正弦波?
中的一种波形,每通道输出的负载电阻均为600欧姆。
2.五种波形的设计要求
(1)使用555时基电路产生频率20kHz-50kHz连续可调,输出电压幅度为
1V的方波?
;
(2)使用数字电路74LS74,产生频率5kHz-10kHz连续可调,输出电压幅度
为1V的方波?
;
(3)使用数字电路74LS74,产生频率5kHz-10kHz连续可调,输出电压幅度
峰峰值为3V的三角波;
(4)产生输出频率为20kHz-30kHz连续可调,输出电压幅度峰峰值为3V的
正弦波?
;
(5)产生输出频率为250kHz,输出电压幅度峰峰值为8V的正弦波?
;方波、三角波和正弦波的波形应无明显失真(使用示波器测量时)。
频率误
差不大于5%;通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。
3.电源
只能选用+10V单电源,由稳压电源供给,不得使用额外电源。
4.测试要求
要求预留方波?
、方波?
、三角波、正弦波?
、正弦波?
和电源测试端子。
5.负载
每通道输出的负载电阻600欧姆应标清楚、至于明显位置,便于检查。
总结:
1、使用555时基电路产生频率20kHz-50kHz连续可调,输出电压幅度为1V的方波?
;
2、使用数字电路74LS74,产生频率5kHz-10kHz连续可调,输出电压幅度为1V的方波?
;
3、使用数字电路74LS74,产生频率5kHz-10kHz连续可调,输出电压幅度峰峰值为3V的三角波;
4、产生输出频率为20kHz-30kHz连续可调,输出电压幅度峰峰值为3V的正弦波?
;
5、产生输出频率为250kHz,输出电压幅度峰峰值为8V的正弦波?
;
二、电路设计
1、设计原理
74ls74四分频:
74LS74为双D触发器,将一个D触发器的Q非输出端接到D输入端,时钟信号输入端CLOCK接时钟输入信号,遇到一次时钟信号D触发器将翻转一次,每两次时钟脉冲就会使D触发器输出一个完整的方波,即可实现二分频。
把74LS74上的两个D触发器串联,将其中一个D触发器的输出作为另一个D触发器的时钟信号脉冲,则可以实现四分频。
555多谐振荡器:
电源接通时,555的3脚输出高电平,同时电源向电容c充电,当c上的电压到达2/3电源电压时,555的7脚让电容放电,3脚由高电平变成低电平。
当电容的电压降到1/3电源电压时,3脚又变为高电平,同时电源再次向电容充电。
这样周而复始,形成振荡。
LM324:
LM324为四通道运算放大器,当其与一部分电阻电容连接时可以形成积分电路、低通滤波器、带通滤波器,从而可以试验信号的运算处理。
2、设计框图
3、元件选择
1)555多谐振荡器
555电路要求R1、R2均应大于或等于1kΩ,但R1+R2应小于3.3MΩ。
其输出信号的时间参数是:
T=tw1+tw2
tw1=0.7(R1+R2)*C
tw2=0.7R2*C
f=1/T
所以调节R2的阻值,就可以调节所产生方波的频率,调节输出端的滑动变阻器就可以调节所产生方波的幅值。
2)74ls74分频器
用一个脉冲时钟触发一个计数器,计数器每计4个数就清零一次并输出1个脉冲。
将Cp接时钟,Q=1,D=/Q=OUT,R=S=0(接地),就是Q端接高电平,D端接Q非,值位复位端都接地。
这就组成了一个二分频D触发器,两个D触发器串联,就构成了四分频器。
3)积分电路
积分电路开始必须先确定时间常数τ=RC:
积分速度取决于τ的大小。
然后再选择电路元件:
当时间常数τ=RC确定时,再选择R和C的值,因为积分电路的输入电阻Ri等于R,R的值可以大一些。
最后确定RP、Rf:
RP是静态的平衡平衡电阻;在积分电容的两端并联一个电阻Rf,来预防饱和或截止现象。
计算公式如下:
=1/(2πRC)f
Vo=-(Vs/RC)*t=-(Vs/τ)t
4)低通滤波器
低通滤波器是有两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成,是容许低于截止频率的信号通过,但高于截止频率的信号不能通过的滤波装置。
20kHz-30kHz的方波经过低通滤波器后可以将20kHz-30kHz正弦波过滤出来。
其通带电压增益:
Ao=Avf=1+Rf/R1
2πRC)f=1/(
5)带通滤波器
带通滤波器的带宽为上限截止频率与下限截止频率之差。
在有源带通滤波器的中心频率fo处:
电压增益Ao=B3/2B1
品质因数:
3dB
带宽B=1/(п*R3*C)
根据设计确定的Q、fo、Ao值,求出各元件参数值。
R1=Q/(2пfoAoC)
R2=Q/((2Q2-Ao)*2пfoC)
R3=2Q/(2пfoC)。
上式中,C为0.01Uf。
三、系统功能、仿真测试
1)555多谐振荡器
由555定时器和外接元件R1、R2和C构成的多谐振荡器,2脚与6脚直接相连,电路没有稳态,只有两个暂稳态,电路也不需要外加触发信号,利用电源通过R1、R2向电容C充电,使电路产生震荡,电容在1/3VCC
其仿真波形、实测波形如图。
和2/3VCC之间充电和放电,
2)74ls74分频电路
74LS74为双D触发器,将一个D触发器的Q非输出端接到D输入端,时钟信号输入端CLOCK接时钟输入信号,遇到一次时钟信号D触发器将翻转一次,每两次时钟脉冲就会使D触发器输出一个完整的方波,即可实现二分频。
把74LS74上的两个D触发器串联,将其中一个D触发器的输出作为另一个D触发器的时钟信号脉冲,则可以实现四分频。
于是基本方波信号就被分频成了5kHz-10kHz的方波,然后经过分压电路,就得到5kHz-10kHz的方波幅值为1V的方波II。
74ls74四分频电路原理如图所示,仿真效果、实测效果如图。
3)积分电路
用积分电路来进行方波到三角波的变换,为了使积分输出的波形更稳定,也为了使电路输出振幅符合题意要求,设置参考电压。
参考电压为2.5V,由10V单电源供电,用5V稳压管,然后进行分压,从而得到2.5V参考电压,其电路如图所示。
积分电路是使输出信号与输入信号的时间积分值成比例的电路,积分电路可将矩形脉冲波转换为三角波,积分电路原理如后图所示。
4)低通滤波器
低通滤波器由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成,其中同相比例放大电路具有输入阻抗高,输出阻抗低的特点。
低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过,但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。
低通滤波器的作用是抑制高频信号,通过低频信号。
低通滤波器电路图如图。
5)带通滤波器
带通滤波器是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备,将通频带设置在250kHz+20Hz之间,得到谐波分量,然后再用低通滤波器将高于250kHz的谐波分量滤除,即得到250kHz的正弦波分量。
此处带通滤波器和低通滤波器共同工作对50kHz的方波进行选择分离,得到固定频率250kHz峰峰值8V的正弦波。
电路如图所示。
四、电路原理图及PCB板
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- 基于 555 时基电路 方波 信号源