电子技术实验-波形发生器

实验名称实验十五电子设计实验之波形发生系别电子科学系班号11级电子科学系姓名陈明义学号33120112203280实验日期2013年11月26日2013年12月17日实验报告完成日期2013年12月20日指导老师意见一、实验目的1、掌握用运算放大器、时基555芯片设计波形发生器、滤波器的设计方法；2、掌握二阶带通滤波器的参数计算方法，了解使用FILTERPRO设计多谐振荡器的方法二、实验要求1、用555芯片设计占空比、频率单独可调的方波发生器。要求中心频率9KHZ，覆盖810KHZ,VPP1V2、以555芯片产生的方波（脉冲波）为基础，设计滤波器得到三角波、单倍频正弦波，要求中心频率9KHZ，VPP1V三倍频正弦波，要求中心频率27KHZ，VPP9V三、设计原理1、方波发生器电路的工作原理利用555与外围元件构成多谐振荡器，来产生方波。用555定时器组成的多谐振荡器如图。接通电源后，电容被充电，当电容上端电压升到2C2CCV时，使555第3脚为低电平，同时555内2/3CVOV放电三极管导通，此时电容通过、放电，T23RP下降。当下降到时，反转为高电平。CC/CO电容器放电所需时间为2C32PLPTRCLN（）当放电结束时，截止，将通过、向电容器充电，由TCV12CV上升到所需的时间为/3CV2/3C13213207PHPPTRCLNRC（）（）当上升到时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是在电路的CV2/3C输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如下图，其振荡频率为1321/4/PLHPFTRC（1）R13、R14之间加入电位器R15用以调节占空比，以改变TPL，TPH之比，即改变占空比。（2）同时两条支路上分别串联导通方向相反的二极管，以保证充电阶段或放电阶段只有相对应支路导通。（3）在干路上串联电位器R16，以同时调整充放电时间，即改变方波输出频率。方波三角波转换电路工作原理用集成运算放大器搭建积分器电路。电路如图8（A）所示，输入（待积分）信号加到反相输入端，在理想条件下，如果电容两端的初始电压为零，则输出电压为20TT10TIVDRC当是幅值为EI的阶跃电压时TIV0T1IET此时，输出电压随时间线性下降。0T当是峰值振幅为的矩形时，的波形为三角波，如图8（B）所示，TIIPV0T根据上式，输出电压的峰峰值为12IPOPVTRCA3、方波正弦波转换电路工作原理二阶滤波器分为低通KRC滤波器，带通KRC滤波器，带阻KRC滤波器。常用的设计方法是等值元件设计法和单位增益设计法。本次实验使用二阶带通滤波器将方波滤波成正弦波。模拟带通滤波器的原理是通过对电容、电阻参数的配置，使得模拟滤波器对频率在通带内的频率分量呈现很小的阻抗，而对频带外的频率分量呈现很大的阻抗，这样当负载电流信号通过该模拟带通滤波器的时候就可以把通带内的信号提取出来，把通带外的信号去除。4、方波三倍频正弦波转换电路工作原理使用多阶滤波器滤出所需三倍频正弦波。二阶滤波器的选择特性不是很好，通频带内的平坦性也不好；为了获得更好的选择特性和通频带平坦特性，需要使用高阶滤波器。滤波器的级联当滤波器所需要的级数超过2级后，就需要级联了，级联的基础是二阶节滤波器和单借滤波器；当所需要的滤波器是偶数次是，采用若干个二阶节级联；当所需要的滤波器是奇数次时，采用一个单阶节和若干个二阶节级联。四、参数计算1、积分器相关计算由公式代入；12IPOPVTRCA1IPV1OP9FKHZ因此给定参数,51/0RF15R10CNF2、二阶带通滤波器相关计算以上电路图经过计算后得到2211222101211/,OIOBPVJRCHJRQHCRC该滤波器属于反相滤波器类型，习惯上令2，从而上式可以简化为0122105/R2OBPQ相应的设计方程为10/RQC20/C若将谐振增益幅度记为OBPH，可以看出，随着Q值的增加，其值是呈二次增加的。若希望20，可以按下图来进行设计，其中10/ARQC210/1BARQ将；代入公式得92FHCNF9FKHZ02/82521101863ARQ五、仿真实验电路仿真截图左边产生三角波，频率为9KHZ；右边从上到下依次产生方波、正弦波、三倍频三角波。六、硬件实现1、实际参数调整根据实际电路的需要和电子元件误差的存在，在连接电路时把方波发生器电路参数进行微调将方波发生部分滑动变阻器R15变为两个47K电阻,如下图2、实际参数测量值方波VPP46VF8839KHZ三角波VPP111VF8845KHZ一倍频正弦波VPP550MVF8856KHZ三倍频正弦波VPP70VF2701KHZ7、总结本次实验，自主设计波形发生器，学会了计分器的使用，实验过程中学习了FILTERPRO的使用，掌握了二阶滤波器的设计原理、方法以及运用。在这次设计实验和实验操作过程中，我认为逻辑思维很重要，特别