波形发生器设计报告

目录i韶关学院课程设计说明书（论文）设计题目：波形发生器设计课程名称：电子技术课程设计学生姓名：黄明高学号：12101071053院系：物理与机电工程学院专业班级：12电子2班指导教师姓名及职称：洪远泉实验师起止时间：2014年3月——2014年6月课程设计评分：（教务处制）目录ii目录1课题任务（一级标题，黑体，三号）..........................................................错误!未定义书签。2电路设计原理.................................................................................................错误!未定义书签。2.1脉冲波形设计原理................................................................................错误!未定义书签。2.2锯齿波形设计原理...............................................................................................................32.3正弦波形1设计原理...........................................................................................................32..4正弦波形2设计原理…………………………………………………………………..43PCB电路板制作...........................................................................................................................63.1DXP2004软件简介..............................................................................................................63.2原理图设计...........................................................................................................................63.3元件库设计...........................................................................................................................63.4四位加法器PCB板图设计..................................................................................................73.5腐蚀加工与PCB板直观检查..............................................................................................73.6焊接与通电前测试...............................................................................................................74常见故障分析................................................................................................................................74.1PCB板电源与地线短路.......................................................................................................84.2无法实现正弦波的输出.....................................................................................................84.3锯齿波幅度值偏大...............................................................................................................85总结.................................................................................................................错误!未定义书签。附录...........................................................................................................................错误!未定义书签。附录A：仿真电路图…………………………………………………………………………………8附录B：电路原理图..........................................................................................................................9附录C：PCB电路板图.....................................................................................................................9附录D：实物照片...........................................................................................................................10目录iii波形发生器设计专业班级：12电子2班学生姓名：黄明高指导老师:洪远泉（实验师）1课题任务使用555芯片和一个通用四运放LM324芯片，设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波，锯齿波，正弦波1，正弦波2的波形产生电路。设计制作要求如下：1同时四通道输出，每通道输出脉冲波，锯齿波，正弦波1，正弦波2中的一种波形，每通道输出的负载电阻均为560欧姆。2四种波形的频率关系为1:1:1:3.脉冲波，锯齿波，正弦波1输出频率范围为8KHz~10KHz，输出电压幅度峰峰值为1V；正弦波2输出频率范围为24KHz~30KHz，输出电压幅度峰峰值为9V。脉冲波，锯齿波，正弦波输出波形无明显失真。频率误差不大于10%；通道内输出电压幅度值误差不大于5%。脉冲波占空比可调节。3电源只能选用+10V单电源，由稳压电源供给。4要求预留脉冲波，锯齿波，正弦波1，正弦波2的电源的测试端子。5每通道输出的负载电阻600欧姆应标示清楚，置于明显位置，便于检查。总体设计结构如下图所示：目录iv2电路设计原理2.1脉冲波形设计原理电路刚通电时，由于电容C上的电压不能突变，为0V，则555的2脚、6脚电压也为0，而比较器C1的正端（5脚）电压固定在2VCC/3的阀值上，比较器C2的负端电压固定在VCC/3的阀值上。因此，UC＜VCC/3,R1=1,S=0,3脚输出高电平，三极管T截止。通电之后，电源VCC通过电阻R1、R2对电容C充电，2脚与6脚的电压Uc逐渐上升。当Uc＞Vcc/3时，R=1,S=1,输出维持不变。Uc＞2Vcc/3时，R=0,S=1,3脚输出低电平，三极管T导通，此时电容通过电阻R2、三极管ce极放电，Uc电压下降。电容放电一段时间后，电压下降到Uc＜Vcc/3时R=1，S=0，3脚又输出高电平，三极管T截止，电源通过R1、R2对电容C充电。电路输出的脉冲Vo的高电平持续时间tpH跟电容C的充电速度有关。根据暂态电路的定律，电源Vcc通过电阻R1、R2对C充电的电压大小计算公式为：Uc(t)=Uc(∞)+[Uc(0+)-Uc(∞)]e-t/τ=Ucc(1-e-t/τ),τ=(R1+R2)CUcc/3=Ucc(1-e-t/τ),解得t1=τ(ln3-ln2)2Ucc/3=Ucc(1-e-t/τ),解得t2=τln3Tph=t2-t1=τln2=0.693(R1+R2)C同理，电路输出的脉冲v0的低电平持续时间tPL跟电容C对电阻R2的放电速度有关。放电电压的计算公式为：Uc(t)=2Ucc/3e-t/τ,τ=R2C电容上的电压从2Vcc/3放到Vcc/3的时间为tPL=τln2=0.693R2C因此，多谢振荡器的周期T=TPH+TPL=ln2(R1+2R2)C=0.693(R1+2R2)C目录v频率：F=1/0.693(R1+2R2)C=1.44/(R1+2R2)CHZ2.2锯齿波形设计原理如图所示是由NE555定时器、运算放大器、稳压二极管等构成的锯齿波发生器电路。采用NE555对定时电容进行恒流充电，就可产生锯齿波。锯齿波的周期与振幅是通过改变NE555片内复位检测用比较器的比较电平而改变的。若NE555复位检测比较器的比较电平为Uc，VDz的稳定电压为Uz，则从外部触发开始到复位检测的时间t为t=（Uc／Uz）R3C1。从外部触发开始，NE555的输出在t期间保持高电平，t可用做定时时间。由运算放大器A1构成的跟随器采用自举方式，C1的充电电流由稳压二极管VDz和电阻R3决定。电路中，通过稳压二极管不同的稳压值来改变锯齿波的周期，也可通过改变参数R3或C1的值改变锯齿波的周期，但同时要考虑运算放大器的动态范围，否则，波形会失真。2.3正弦波1设计原理低通滤波器的设计框图：目录vi有源滤波器的快速设计：（1）根据截止频率fc,选择电容C(单位为uF)，满足下式：K=100/fcC注意K值不能太大，否则会使得电阻的取值较大，从而使引入的误差增大，通常取1＜K≤10。同时，恰当选择K值，使得电容C的取值容易实现。例如，要设计一个9K的低通滤波器，K=1时，C=0.011111uF;K=2,C=0.005566uF;K=3,C=0.003704uF;K=4,C=0.002778uF;K=5,C=0.002222uF;K=6,C=0.001852uF;K=7,C=0.001587uF;K=8,C=0.001389uF;K=9,C=0.001111uF。可以选择K=5，用瓷片电容222（0.0022uF）代替。从设计表中查出与Av对应的电容值，及K=1时的电阻值。再将这些电阻值乘以参数K,得到电阻的设计值。实验调整修改电容、电阻值，测量滤波器的性能参数，绘制幅频特性曲线。ω∧2=1/R2R3CC1，Q=0.0707，AV=-R2/R12.4正弦波2的设计原理有源带通滤波器的设计框图：目录vii有源滤波器的快速设计：（1）根据截止频率fc,选择电容C(单位为uF)，满足下式：K=100/fcC注意K值不能太大，否则会使得电阻的取值较大，从而使引入的误差增大，通常取1＜K≤10。同时，恰当选择K值，使得电容C的取值容易实现。例如，要设计一个9K的低通滤波器，K=1时，C=0.011111uF;K=2,C=0.005566uF;K=3,C=0.003704uF;K=4,C=0.00