RC正弦波振荡器课程设计

沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书I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仿真沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书II目录1绪论....................................................................................................................................12设计任务..............................................................................................................................22.1课程设计的目的............................................................................................................22.2课程设计任务与要求....................................................................................................22.3课程设计技术指标........................................................................................................23RC正弦波振荡器工作原理...................................................................................................33.1电路原理及元件选择...................................................................................................33.2参数计算.......................................................................................................................344阶带通滤波器工作原理......................................................................................................54.1电路原理及元件选择...................................................................................................54.2参数计算.......................................................................................................................55Proteus软件介绍.................................................................................................................66电路仿真与结果分析.............................................................................................................76.1RC正弦波振荡器仿真与结果分析..............................................................................76.24阶带通滤波器器仿真与结果分析.............................................................................7致谢..........................................................................................................................................10参考文献..................................................................................................................................11沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书11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f2f1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ff2的高频信号阻断，而高通滤波器将ff1的高频信号阻断，最后，只有频率范围在f1ff2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。沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书22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。沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书33RC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，fR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fR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:沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书4RCf210(3.1)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1FA，已知当f=f0时，31F,由此可以求得起振条件为3AU(3.2)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+'RRf,为了达到1+'RRf3（3.3）负反馈支路的参数应满足关系fR2'R（3.4）沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书544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=9050HZ，电容C=10nF，根据RCf210（4.1）计算得R=1760Ω。沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书65Proteus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