1、精心整理正文1選題背景波形發(fā)生器又名信號(hào)源，廣泛應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制和科學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域。雷達(dá)、通信、宇 航、遙控遙測(cè)技術(shù)和電子系統(tǒng)等領(lǐng)域都隨處可見(jiàn)波形發(fā)生器的應(yīng)用。如今作為電子系統(tǒng)心臟的信號(hào)源的性能很大程度上決定了電子設(shè)備和系統(tǒng)的性能的提高，因此隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)今對(duì)信號(hào)源的頻率穩(wěn)定度、頻譜純度和頻率范圍以及信號(hào)波形的形狀提出越來(lái)越高的挑戰(zhàn)。1.1 指導(dǎo)思想利用NE555勾成多諧振蕩器產(chǎn)生方波，根據(jù)LM324俞出的鋸齒波分別通入低通濾波器和高通濾波器 就可以輸出正弦波I、正弦波n。1.2 方案論證方案一：使用NE555S片構(gòu)成多諧振蕩器，輸出方波，通過(guò)鋸齒波發(fā)生電路產(chǎn)生鋸齒波，然后通

2、過(guò) 一個(gè)* =10KHz的低通濾波器，通過(guò)濾波產(chǎn)生一次，8KHz到10KHz的正弦波，然后再讓鋸齒波通 過(guò)一個(gè)24KHz30KHz勺帶通濾波器，輸出三次正弦波。其中濾出三次諧波的理論依據(jù)是， 由于鋸齒 波是一個(gè)關(guān)于t的周期函數(shù)，并且滿足狄里赫萊條件：在一個(gè)周期內(nèi)具有有限個(gè)間斷點(diǎn)，且在這些 間斷點(diǎn)上，函數(shù)是有限值；在一個(gè)周期內(nèi)具有有限個(gè)極值點(diǎn)；絕對(duì)可積。方案二：使用功放構(gòu)成文森橋式震蕩電路， 產(chǎn)生出8KHz10KHz的正弦波。接著是用NE555芯片, 搭建出施密特觸發(fā)電路，產(chǎn)生脈沖波輸出；將脈沖波分別輸入一個(gè)L =10KHz的低通濾波器和24KHz30KHz的帶通濾波器電路中，產(chǎn)生一次和三次正弦

3、波。最初方案設(shè)計(jì)的大體思路在方案一和方案二之間猶豫不決，于是將兩個(gè)電路的大體電路都進(jìn)行了簡(jiǎn) 單的設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)方案二存在很多的問(wèn)題很難解決。問(wèn)題一：如果使用文森橋式震蕩器產(chǎn)生正弦波，改變震蕩頻率就需要改變 RC常數(shù)，要同時(shí)改變兩 個(gè)R (在實(shí)際電路中，同時(shí)改變兩個(gè)電容的值是很復(fù)雜的， 而且這樣也無(wú)法得到一個(gè)8KHZ10KHz 的連續(xù)的頻率)，需要雙滑動(dòng)變阻器并且要保證滑動(dòng)變阻器改變的值完全相同，有一定困難。問(wèn)題二：NE555芯片搭建出來(lái)的是一個(gè)簡(jiǎn)單的施密特觸發(fā)器，輸入正弦波之后，輸出的脈沖波的占空比是不可以調(diào)整的，不滿足實(shí)驗(yàn)要求的占空比可調(diào)的條件。 要是施密特觸發(fā)器產(chǎn)生的脈沖波的 占空比可調(diào)會(huì)是該

4、電路進(jìn)一步復(fù)雜化。問(wèn)題三：LM324芯片的功放不夠，由于有600G負(fù)載電阻的限制，輸出波形的峰峰值不能簡(jiǎn)單的通 過(guò)電阻的分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。鑒于方案二存在的問(wèn)題能以解決，我們就確定選擇方案一的整體思路進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)。1.3 基本設(shè)計(jì)任務(wù)用555定時(shí)器和四運(yùn)放LM324設(shè)計(jì)并制作一個(gè)頻率可變的、能夠同時(shí)輸出脈沖波、鋸齒波、正弦波 I 和正弦波II的波形產(chǎn)生電路。(1)四通道同時(shí)輸出。每通道輸出脈沖波、鋸齒波、正弦波I和正弦波II中的一種波形，通道負(fù)載 電阻均為600歐姆。(2)四通道輸出波形的頻率關(guān)系為1: 1: 1: 3 (三次諧波)。脈沖波、鋸齒波、正弦波I輸出頻率 范圍為8kHz10kHz,正弦波

5、II的輸出頻率范圍為24kHz30kHz輸出波形無(wú)明顯失真。(3)頻率誤差不大于10%通帶內(nèi)輸出電壓幅度峰峰值誤差不大于 5%2電路設(shè)計(jì)2.1工作原理NE555勾成了多諧振蕩器，內(nèi)部可以產(chǎn)生月沖波和鋸齒波，將鋸齒波經(jīng)過(guò) LM324一個(gè)比例運(yùn)算 放大電路，就可以得到所需的鋸齒波。然后讓鋸齒波輸出分別通入由LM324組成的低通濾波器電路 和高通濾波器電路，就可得到一次正弦波和二次正弦波。3各主要電路及部件工作原理3.1 脈沖波產(chǎn)生電路脈沖波由NE555芯片搭建的多穩(wěn)態(tài)諧振器振動(dòng)產(chǎn)生，頻率可調(diào)，為8KHz 10KHz。參考NE555芯片使用手冊(cè)可知，芯片輸出波形的峰峰值為 10V左右。使用Multi

6、sim仿真的脈沖波產(chǎn)生電路如下 圖1所示。圖1脈沖波發(fā)生電路利用軟件進(jìn)行波形的仿真，得到脈沖波的圖形如圖2所示圖2脈沖波仿真波形3.2 鋸齒波發(fā)生電路在鋸齒波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)中，原始方案是采用教材中的鋸齒波發(fā)生電路， 是通過(guò)調(diào)整積分電路的正 向和反向時(shí)間常數(shù)的不同，對(duì)輸入信號(hào)的脈沖波進(jìn)行積分產(chǎn)生鋸齒波(該電路是需要二極管的)。開(kāi)始是按照這個(gè)思路進(jìn)行仿真的。因?yàn)橐瑫r(shí)調(diào)整正向和反向積分的時(shí)間常數(shù)，于是我們就想可以在調(diào)整脈沖波的輸出頻率的時(shí)候，只改變高電平或者低電平的持續(xù)時(shí)間， 然后在鋸齒波發(fā)生電路中 選取合適的電容值，然后就可以講正向或者反向的電阻值固定，只改變另一方向的電阻值就可以了。 見(jiàn)圖3是

7、該方案的仿真電路 圖3鋸齒波產(chǎn)生電路見(jiàn)圖1,是用NE555產(chǎn)生出脈沖波，然后通過(guò)鋸齒波產(chǎn)生電路，這里仿真沒(méi)有選擇功放為L(zhǎng)M324,未考慮600c的負(fù)載電阻以及輸出的峰峰值。脈沖波和鋸齒波發(fā)生電路的參數(shù)取值如下根據(jù)NE555芯片的使用手冊(cè)，有以下有用公式：根據(jù)以上的公式，就可以計(jì)算出理論上的各種參數(shù)：在對(duì)鋸齒波進(jìn)行仿真的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)波形有些失真，上網(wǎng)查閱資料后得知要是RC常數(shù)跟脈沖波的時(shí)間相匹配才行。去鋸齒波發(fā)生電路的參數(shù)選擇及計(jì)算過(guò)程如下：如圖1所示，R為一個(gè)9KC電阻和一個(gè)3KC電位器組成，R2取700c仿真結(jié)果見(jiàn)圖4的鋸齒波。圖4鋸齒波仿真波形從圖4的波形中算出鋸齒波的峰峰值為由于要求負(fù)載電

8、阻為600C,不能直接進(jìn)行分壓來(lái)控制峰峰值為 1V ,再用功放來(lái)滿足峰峰值的要求 的話，LM324的四功放無(wú)法滿足整個(gè)電路的需求，因此這種鋸齒波的單元電路就被放棄了，需要 進(jìn)行改進(jìn)。查閱資料發(fā)現(xiàn)了在 NE555芯片構(gòu)成的脈沖波發(fā)生電路中就有鋸齒波，只需要在該處輸 出，然后調(diào)整峰峰值便可以得到要求的鋸齒波。改進(jìn)后的電路仿真圖如下圖5。圖5改進(jìn)后的脈沖波和鋸齒波發(fā)生電路改進(jìn)后的電路對(duì)脈沖波發(fā)生電路的參數(shù)也進(jìn)行了調(diào)整，讓脈沖波的占空比接近一半。鋸齒波發(fā)生電路是一個(gè)反向比例運(yùn)算電路，由公式 參數(shù)的選擇如下：對(duì)該電路進(jìn)行軟件仿真得到理論上的鋸齒波波形，見(jiàn)圖6。圖中另一個(gè)波形是 NE555芯片的輸出波形。

9、圖6改進(jìn)電路后的脈沖波和鋸齒波的仿真波形得到的鋸齒波的峰峰值約為1V ,頻率與NE555芯片產(chǎn)生的脈沖波頻率保持一致，滿足實(shí)驗(yàn)要求，就完成了鋸齒波波形發(fā)生電路的理論設(shè)計(jì)。3.3 正弦波發(fā)生電路在電路的設(shè)計(jì)初期，一次正弦波，也就是 8KHz 10KHz的正弦波發(fā)生電路是采用的是截止頻率為fc =10KHz的二階壓控電壓源低通濾波器，電路圖見(jiàn)下圖圖7二階壓控電壓源低通濾波器原理圖 .根據(jù)截至頻率L=10KHz ,查圖確定電容的標(biāo)稱值圖8二階壓控電壓源低通濾波電路參數(shù)選取參考圖取 C =3.3nF查表確定電容G的值，以及K=1時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻。12468101.4221.1260.8240.6170.5

10、210.4625.399,2.2501.5372.0512.4292.742開(kāi)路16.7523.1483.2033.3723.56006.7529.44416.01223.60232.038表1-1二階壓控電壓源低通濾波器參數(shù)表因?yàn)榈屯V波器的輸入直接從鋸齒波發(fā)生電路的輸出端引入，峰峰值為1V ,所以將上列阻值乘以計(jì)算出來(lái)的K值進(jìn)行電路仿真后電路圖如圖圖9二階壓控電壓源低通濾波器仿真電路圖9下部分就是二階壓控電壓源低通濾波器電路（一次正弦波產(chǎn)生電路），藍(lán)色的線分別是濾波器的輸入和輸出端，其中輸入端是鋸齒波發(fā)生電路的輸出端，即輸入峰峰值為1V的鋸齒波。仿真的波形如下圖9所示圖10一次正弦波仿真波

11、形圖中，上部分波形是輸入的峰峰值為1V的鋸齒波，下部分是一次正弦波，頻率與鋸齒波保持一致，但是峰峰值沒(méi)有達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的1V ,有所衰減。于是對(duì)電路的參數(shù)重新選擇。修改后的仿真電路圖如下圖11改進(jìn)后的二階壓控電壓源低通濾波電路再次進(jìn)行波形的仿真，結(jié)果如下圖：圖12改進(jìn)后的一次正弦波仿真波形從仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，波形的峰峰值又超過(guò)了 1V,對(duì)電路進(jìn)行理論分析，發(fā)現(xiàn)因?yàn)槭褂玫膯坞娫矗?偏置電阻10KC影響了原本與地直接只有10KC的R3的阻值，用上了偏置電阻。根據(jù)二階壓控電壓源電路的放大倍數(shù)公式 Av =1+R進(jìn)行電阻的調(diào)整。取R3 =100KC得到的滿足條件的峰峰值為1V 一，旦，一 一， 的一次正

12、弦波。上面的波形是從鋸齒波發(fā)生電路輸出的鋸齒波，下面的是經(jīng)過(guò)低通濾波器之后產(chǎn)生的一次正弦波波形，兩個(gè)波形的峰峰值單位都是5V/ Div ,可知波形在8KHz 10KHz的仿真結(jié)果都 滿足實(shí)驗(yàn)要求。該部分的仿真設(shè)計(jì)就完成了。圖13 一次正弦波仿真波形3.4二次正弦波發(fā)生電路二次正弦波的電路的設(shè)計(jì)思路是通過(guò)一個(gè)通帶為24KHz 30KHz的帶通濾波器。設(shè)計(jì)該濾波器是采用的無(wú)限增益多路反饋（MFB）電路。該電路的電路圖如下所示。 圖14無(wú)限增益多路反饋電路原理圖該電路有以下公式方便參數(shù)選擇為了使通帶更加平坦，應(yīng)該盡量使 Q值大，查二階無(wú)限增益多路反饋帶通濾波器設(shè)計(jì)用表一參數(shù)選擇如下：仿真的電路圖如下

13、圖所示：圖15無(wú)限增益多路反饋電路（帶通濾波器）對(duì)電路進(jìn)行波形仿真時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接入一個(gè)波形發(fā)生器進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候， 輸出的波形不會(huì)隨著輸入信 號(hào)的頻率變化而變化，始終為17KHz左右，于是想到?jīng)]有接輸入信號(hào)，直接查看輸入端和輸出端 的波形，結(jié)果如下：圖16無(wú)限增益多路反饋電路的自激振蕩仿真波形仿真的波形圖中上面的波形是 A端，即輸入端的波形，下面的波形是輸出端的波形，兩個(gè)探針A/B 分別放在輸入和輸出端。這里沒(méi)有輸入的信號(hào)，輸出卻穩(wěn)定在將近18KHz,可知電路產(chǎn)生了自激震湯。對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)，重新選取參數(shù)對(duì)電路的波形進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)峰峰值比較小，與實(shí)驗(yàn)要求差距較大，由w2= R + R22,4=一星,

14、R1R2R3c2R可知，縮小R的值會(huì)使放大倍數(shù) 入增大，而且對(duì)通帶的中心頻率 Wo影響也較小。電容值取實(shí)驗(yàn)室有的電容C =3.3nF。改進(jìn)后的電路圖如下所示圖17改進(jìn)后的無(wú)限增益多路反饋電路對(duì)電路進(jìn)行仿真，查看仿真出的波形結(jié)果如下圖，由波形可以知道該電路產(chǎn)生的三次正弦波的頻率 是滿足實(shí)驗(yàn)要求的，但是峰峰值沒(méi)有達(dá)到要求的9V。兩個(gè)波形的峰峰值單位分別是1V / Div和5V / Div圖18三次正弦波仿真波形4原理總圖vcc1DV3.3nFA12-vccR14R19 -VW 2kQ圖19總體方框圖5元器件清單I i y.、i；表1-3元器件清單上 -6調(diào)試過(guò)程及測(cè)試數(shù)據(jù)（或者仿真結(jié)果）為使電路便

15、于調(diào)試我們采用分塊調(diào)試的方法。6.1 通電前檢查電路安裝完畢后，經(jīng)檢查電路各部分接線正確，電源、元器件之間無(wú)短路，器件無(wú)接錯(cuò)現(xiàn)象。6.2 仿真結(jié)果圖20總體仿真波形圖6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析觀察示波器上顯示波形，可以看出方波和鋸齒波以及正弦波波形良好，沒(méi)有失真現(xiàn)象，達(dá)到了課題的要求。7小結(jié)本次實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，在仿真設(shè)計(jì)電路的階段占了很大一部分時(shí)間，拖慢了實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。在電路仿真設(shè)計(jì)中，開(kāi)始沒(méi)有選取實(shí)驗(yàn)要求使用的 LM324運(yùn)放，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)無(wú)限增益多路反饋電路時(shí)出現(xiàn)了 自激振蕩而找不到具體的原因。掌握了單電源的使用方法，以及對(duì)單電源電路的參數(shù)選擇，以及盡 量減小單電源偏執(zhí)電路對(duì)原電路影響的方法。了解了運(yùn)放的型號(hào)不同，參數(shù)會(huì)有所不同，會(huì)很大地影響電路仿真的結(jié)果。在實(shí)際電路的制作過(guò)程中，因?yàn)殡娮?、電容值的誤差，實(shí)際需要進(jìn)行參數(shù)的再次調(diào)整，而且有些電路焊接的影響在電路仿真階段是無(wú)法預(yù)知的。8體會(huì)通過(guò)這次課設(shè)使我學(xué)到了很新的東西，知道了怎樣去設(shè)計(jì)電路、調(diào)試電路以及對(duì)電路進(jìn)行修正， 體會(huì)到了理論與實(shí)踐的差異。課程設(shè)計(jì)雖然有點(diǎn)難.但是確實(shí)能鍛煉我們對(duì)知識(shí)的掌握以及運(yùn)用理 論指實(shí)踐的能力。當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計(jì)成果， 一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消.一 雖然這 是我剛學(xué)會(huì)走完的第一步，也是人生的一點(diǎn)小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，通 過(guò)課程設(shè)計(jì)，使我深體會(huì)到，干任何事都必須耐心，細(xì)致.