正弦波发生器的设计

电子技术课程设计报告题目：正弦波发生器的设计专业：XXXXXXXXXXXX班级：XXXXXXXXXXX学号：XXXXXXX姓名：XX指导教师：XXXX设计日期：2010年12月3日正弦波发生器设计报告一、设计目的作用1.培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。2.学习较复杂的电子系统设计的一般方法，提高基于模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。3.进行基本技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。4.培养创新能力二、设计要求1.用途广泛，能产生10Hz～400Hz的正弦波，要求掌握设计原理，对电路进行分析。2.控制便捷，通过调节电位器实现对频率的调节，了解一些元器件的用途。3.造价低廉，使用集成芯片，花费都很低，熟悉一些重要芯片的逻辑功能，以及对芯片进行设计连接。4.精度较高，通过对振荡器、计数器、加法器等集成电路的使用，使得电路的运行都是很精确的。所以要对一些逻辑电路的进行运用。三、设计的具体实现1、系统概述总体设计思路：电路原理：振荡器---扭环形计数器----逻辑模拟开关----加法器----滤波器----正弦波一．首先阐述正弦波振荡器起振条件及原理过程：正弦波振荡器起振条件：|AF|1（略大于）结果产生增幅震荡振荡条件是=1幅度平衡条件=1相位平衡条件AF=A+F=2n正弦波振荡电路的组成判断及分类：（1）放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，电路获得一定幅值的输出值，实现自由控制。（2）选频网络：确定电路的振荡频率，是电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。（3）正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于其反馈信号。（4）稳幅环节：也就是非线性环节，作用是输出信号幅值稳定。判断电路是否振荡。方法是：（1）是否满足相位条件，即电路是否是正反馈，只有满足相位条件才可能产生振荡（2）放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工作是否合适；（3）是否满足幅度条件正弦波振荡电路检验，若：(1)则不可能振荡；(2)振荡，但输出波形明显失真；(3)产生振荡。振荡稳定后。此种情况起振容易，振荡稳定，输出波形的失真小分类：按选频网络的元件类型，把正先振荡电路分为：RC正弦波振荡电路；LC正弦波振荡电路；石英晶体正弦波振荡电路。RC正弦波振荡电路常见的RC正弦波振荡电路是RC串并联式正弦波振荡电路，它又被称为文氏桥正弦波振荡电路。串并联网络在此作为选频和反馈网络。它的电路图如图（1）所示：它的起振条件为：。它的振荡频率为：它主要用于低频振荡。要想产生更高频率的正弦信号，一般采用LC正弦波振荡电路。它的振荡频率为：。石英振荡器的特点是其振荡频率特别稳定，它常用于振荡频率高度稳定的的场合。图（1）正弦波发生电路的设计本电路中采用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，其电路图如下所示RC桥式正弦振荡电路该电路Rf回路串联两个并联的二极管，如上图所示串联了两个并联的1BH62，这样利用电流增大时二极管动态电阻减小、电流减小时动态电阻增大的特点，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。此时输出电压系数为Au=1+(Rf+rd)/R1RC振荡的频率为：f0=1/(2∏RC)该电路中R=51KC=10nFf0=1/(2*3.14*51000*10-8)≈312HzT=1/f0=1/312=3.2*10-3S=3.2ms二.振荡器---放大电路----正反馈网络---选频网络----稳幅电路----正弦波为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。根据起振条件，为了克服电路中的损耗，需要正反馈强一些。起振后会产生增幅振荡，需要靠三极管大信号运用时的非线性特性去限制幅度的增加，这样电路必然产生失真，此时，要靠选频网络选出失真波形的基波分量作为输出信号，以获得正弦波输出。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。正弦波发生电路的组成:1振荡器起振时，要求放大倍数Au=1+Rf/R1略大于3，达到稳定平衡状态时Rf减小至使Au=3。在设计时，应使Au略大于3，即Rf/R1略大于2。2放大电路通过三极管将微弱的信号变成一个波形相似，幅值3逻辑模拟开关将两个CD4053的16脚接+5V，2，5，6，12脚接地，示波器分别接输出端4，14，15脚，能分别调出方波则符合要求。4加法器把加法器的4脚接-12V，3脚接地，7脚接+12V，示波器的正端接6脚，当测出输出六个逐渐向上的方波和六个逐渐向下的方波则符合要求。5滤波器将741的4脚接-12V，7脚接+12V，300欧电阻接+5V，稳压管正端接地，用万用表测出稳压管两端电压，是+3V则满足.555OUT3RST4VCC8CV5TRG2THR6DSCHG7C11n0C21n741+3-2V+7V-4OUT6D1R111kR2100kR61kVccCD4053BX113INH68GNDY11Z13X012Z05Y02X14Y15Z4A11B10C9VDD16VEE7CD4053BX113INH6GND8Y11Z13X012Z05Y02X14Y15Z4A11B10C9VDD16VEE7Q308.1kR83k74194S110S09SR2A3B4C5D6QA15QC13CLK11GND8VCC16QB14SL7QD12CLR100D0D1D2D3-12VR10100k406912147R73kR98.1kR1211.1kR311.1kR11kRST+12vU4LF411+3-2V+7V-4OUT6R51k0D0D1D2D300Q0VccQ10Q20Vo74194S110S09SR2A3B4C5D6QA15QC13CLK11GND8VCC16QB14SL7QD12CLR12、单元电路设计与分析（详细介绍各单元电路的选择、设计及工作原理分析、仿真，并介绍有关参数的计算及元器件参数的选择等，要求有原理图和波形图。）1.振荡器下图是由555定时器构成的多弦振荡器，其外观及引脚是以下是各引脚的功能：1脚：接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。VCC的范围为3~18V。一般是5V。2脚：TL低触发端3脚：输出端Vo4脚：DR是直接清零端。当DR端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TLTH123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Jun-2005SheetofFile:E:\指导书\电子技术指导书\数字电路.ddbDrawnBy:5K5K5K+-TQ&&Q+-AASRV1V21DQVTHTLVRCCVSS1284563712CD处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当6脚：TH高触发端7脚：放电端。接放电管集电极。该端不用时，串入一只0.01μF电容接地，以防引入8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电图中的555内部电路方框,含有一个基本RS触发器，两个电压比较器，一个放电开关管T，三只5kΩ的电阻器构成的分压器提供比较器的参考电压。它们分别使高电平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为2/3Vcc和1/3Vcc。当输入信号自6脚，即高电平触发器输入并超出参考电平2/3Vcc时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当信号自2脚输入并低于1/3Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关截止。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。Rd是复位端，当Rd=0，555输出低电平。平时Rd端开路或接Vcc。2.扭环形计数器：扭环形计数器由两个集成移位寄存器74LS194构成,下图是其外观及引脚:集成移位寄存器74194由4个RS触发器及他们的输入控制电路组成。控制输入端S1、S0的状态组合可以完成4种控制功能，其中左移和右移两项是指串行输入，数据是分别从左移输入端Dsl和右移输入端Dsr送入寄存器。Rd为异步清零输入端。下面的功能表中，其第1行表示寄存器异步清零；第2行表示当Rd=1，CP=1（或0）时，寄存器处于原来状态；第3行表示为并行输入同步预置数；第4、5行为串行输入左移；第6、7行为串行输入右移；第8行为保持状态。INPUNTSOUTPUTSCLEARMOODCLOCKSERIALPARALLELQAQBQCQDS1S0LEFTRIGHTABCDLHHHHHHH××××HHLHLHHLHLLL×L↑↑↑↑↑××××××××H×LH×L×××××××××××abcd××××××××××××××××××××LLLLQAOQBOQCOQDOabcdHQANQBNQCNLQANQBNQCNQBNQCNQDNHQBNQCNQDNLQAOQBOQCOQDO74194作为扭环行计数器时，即从Q0～Qn，Qn通过4069反向器接到Sr引脚，4069的外观及引脚如下：3.逻辑模拟开关4.加法器四、总结通过这次电子课程设计，进一步理解并加深了对所学的模拟及数字电子技术的认识。学会了在实践中运用理论，用理论来指导实践，培养了理论联系实际的正确设计思想。通过对课题的设计，训练了运用所学的理论知识去思考问题并联系理论实际解决问题的能力，同时通过此次设计，学会了较复杂的电子系统设计的一般方法，进一步掌握了分析与设计一般电子电路的方法，并增强了独立的思考问题和解决问题的能力。同时进行基本的技能训练，学会了基本仪器的使用及基本电子元器件的识别与测量。总之，通过这次电子课程设计，培养了实际运用理论的能力，为以后的学习和工作有很好的促进作用。五、附录1.+5V、＋12V、－12V的直流电源2.万用表3.电烙铁4.集成芯片：LM555P、CD4053BE、HD74LS194AP×2、UA741CN×2、HEF4069UBP5电位器：10kΩ、100kΩ6.电容：0.1µF、4.7µF、47µF7.电阻：3kΩ、1kΩ、680Ω、200Ω六、参考文献1．康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分（第四版）.北京：高等教育出版社，1999.62．康华光，陈大钦.电子技术基础数字部分（第四版）.北京：高等教育出版社，1999.63.李万臣主编．模拟电子技术基础与课程设计.哈尔滨工程大学出版社，2001.3