正弦信号发生器(幅值频率可调)

1、学号：2011013732西北农林科技大学电子技术课程设计报告题目：正弦信号发生器（幅值频率可调）学院（系）：机械与电子工程学院专业年级：学生姓名：指导教师：完成日期：2013年7月3日目录1 .设计的任务与要求-2-1.1 课题要求-2-1.2 具体要求-2-1.3 课题摘要：-2-1.4 设计步骤：-2-2 .设计方案确定-3-3 .硬件电路设计-4-3.1 整体电路框图-4-3.2 主要元器件介绍-4-3.2.1 NE555 芯片-4-3.2.2 555 定时器接成多谐振荡器-6-3.2.3 NE5532P 芯片-6-3.3 整体电路设计-7-3.4 分立电路的设计及元件参数的选取及计算

2、-8-3.4.1 555 多谐振荡电路-8-3.4.2 带通滤波电路-8-3.4.3 反向比例运算放大器-9-4 .调试与仿真-10-4.1 使用的主要仪器和仪表-10-4.2 分立电路的仿真（仿真图、操作的步骤、方法和结果）-10-4.2.1仿真图-10-4.2.2仿真结果-10-4.3 调试电路的方法和技巧：-12-5 .总结-13-6 .参考文献-15-附录-16-1 .元器件清单-16-2 .电路原理图-17-3 .PCB 封装图-18-4.3D 效果图-21-1 .设计的任务与要求1.1课题要求：设计一个频率幅值可调的正弦信号发生器1.2具体要求：1.利用振荡电路产生正弦信号，要求有

3、可调参数用以修改频率2.利用放大电路控制输出信号振幅。2.3课题摘要：本次课程设计所设计的正弦信号发生器所使用的方法是由方波经滤波器产生正弦信号。方波信号由555数字芯片所组成的多谐振荡器所产生，其中调节多谐振荡器中的滑动变阻器便可产生出所需要的信号的频率，经过带通滤波器滤除杂波成分，再经过放大倍数可调的运算放大器，便可产生出所需的幅值可调的正弦波。本次设计的信号发生器制作成本不高，电路简单，可以节约人力物力资源，还具有实际的应用价值。2.4设计步骤：(1)利用555振荡器产生2.2KHZ19.5KHZ的方波信号，电位器R3的调节范围是:3.33%-100%,阻值是1KQ30KQ。(2)利用滤

4、波电路或调谐电路产生稳定的2.2KHZ-6.2KHZ的正弦波信号，电位器R3的调节范围是31.1%-100%,阻值为9.33KQ30KQ。(3)设计增益可调的放大器使输出信号幅值在0V15d间可调。2.设计方案确定方波信号的产生由555多谐振荡器经过周期性的振荡产生，滤波电路部分有三种方案：第一种是用低通滤波器产生正弦波，第二种是利用带通滤波器产生正弦波，第三种是利用调谐滤波电路来产生正弦波。方案一：低通滤波器法：滤波电路由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，它的功能是通过从零到某一截止角频率的低频信号，而对大于截止频率的的所有频率给予衰减。方案二：带通滤波器法：带通电路可以由低通电路和高

5、通电路经串联组成，而高通滤波器可由低通滤波器中的R和C的位置互换而得到。只要低通滤波器的截止角频率大于高通滤波器的截止角频率，两者覆盖的带同就提供了一个带带通响应。方案三：利用调谐电路来产生正弦波信号，调谐电路中设计好LC振荡电路的振荡频率，当外加的频率和振荡电路的频率相同的时候，电路由于谐振，就可以通过LC振荡来把方波滤波成正弦波。经综合比较，方案二的优点明显，本实验采用方案二。由555多谐振荡器产生基频为2.2KHZ20KHz的方波信号的信号， 如果需要一定频率成分的分量， 则需要经过带通滤波器产生。现在利用带通滤波器来产生3KHZ的正弦波。下面着重介绍用带通电路产生3KHZ的正弦波。图

6、3-1 正弦信号发生器设计整体框图3.2主要元器件介绍3.2.1 NE555芯片555定时器是一种多用途的数字一一模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。其管脚图、内部功能框图、内部逻辑电路图及逻辑功能真值表如下图所示：3.硬件电路设计3.1整体电路框序555555多谢振荡电路带通滤波电路反向运算放大电路示波器显示fig. 1.8-pinTpackagefig. 2.8-pinVpackage1.Ground2.Trigger3,Output4.ftesetS.ControlVoltage6.Threshold7.DischargeS.Vec(+)cTon

7、yvanRoonGroundTriggerOutputftesetVccDischargeThresholdControtVoltage图 3-2NE555 各脚功能-管脚图表 3-1555 时基电路的功能表清零端高触发端低触发端Q放电管T功能TH0 xx0导通直接清零i01x保持状态保持状态i10 x保持状态保持状态1|i001导通截止置1110清零用蛾用蛾输出输出复位复位NE5S5内部功能框图内部功能框图图 3-3NE555 内部功能框图控制电压端高触发端低触发端放电端输出端接地端图 3-4NE555 内部逻辑电路图3.2.2 555定时器接成多谐振荡器多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有

8、稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。图 3-5 多谐振荡器和工作波形接通电源后，假定是高电平，则T截止，电容C充电。充电回路是CG-R1R2C地，按指数规律上升，当上升到时(TH端电平大于)，输出翻转为低电平。是低电平，T导通，C放电，放电回路为C-R2-T地，按指数规律下降，当下降到时(TH端电平小于)，输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得输出高电平时间T=(R1+R2)Cln2输出低电平时间T=R2Cln2振荡周期T

9、=(R1+2R2)Cln23.2.3 NE5532P芯片NE5532,NE5532A.D.P,ORPSPACKAGESA5532.SA5532A.DORPPACKAGE(TOPVIEW)图 3-6NE5532P 芯片弓|脚图1OUT1IN-C1IN+1Vcc-CCC+2OUT2IN-2IN+O.luF=0.01uF芯片8脚和4脚分别接正负电源，一块集成芯片内包含有两片运放，即有两个输出脚，分别为1脚和7脚，两个同相输入端3脚和5脚和两个反向输入端2脚和6脚。其极限参数如下：工作电压Min.(V):3;工作电压Max.(V):20;带宽GBW型值)(MHz):10;转换速率(典型值)(V/us)

10、:9;输入失调电压(25C,Max.)(mV):4.015V;最大工作电流ID(mA):8;共模抑制比(Min.)(dB):100；电源供电方式：双。本次利用NE5532S成带通滤波器里面的同相放大器和放大电路里面的反向放大器， 可以只用两片NE5532接电路时正负电源端公用，一个电路接1,2,3脚，另一个电路接5,6,7脚，这样可以节约成本。3.3整体电路设计-R4-VA：5sasjcn:ti:TFC.DtkfFvccR1I9R13RIO：10TFRflWv-鼠鼠3血血RR9W-5305)(0C5.：VGC12V图 3-7 正弦信号发生器设计整体电路图：C6：士士Q.u1时时R11MN3MN

11、3 口口VEE本设计的整体电路图如图3-7所示5IkQDirTPJ55iVIRTUAL30k0：C1:O.QTpF* *。, ,加斯加斯.VCC,-12VWvR61CkDR15305kQR5?106113.4分立电路的设计及元件参数的选取及计算令R2=5.1KQ,1R330KQ;R31KC2=0.01JF;（R2+2R3）ln2C2解得：2.2,HZ三fm19.5%HZ所以，振荡电路可以产生频率为2.2KHZ-19.5KHZ的方波信号。3.4.2带通滤波电路vccVCC12VR1-AAr5,3Q5knC6O.OIpFR9VW-5.3Q5kQC5THr0.01pFC4OOlpFR6t9kQ10k

12、Q12VR4WV-5.305kDC1TirO.GIuFU2A32PR10:匕匕俎俎510.6111112V图 3-9 带通滤波电路R1219K口口10kQ3.4.1555多谐振荡电路(1)如图所示，由555定时器和外接电阻R2、R3和C2构成多谐振荡器,利用电源通过R2、R3向C2充电,以及C2通过R3向放电端DIS放电，使电路产生振荡。R2571kQR3VCC12V-A11 ,vCCiiiiiHST.,QUT.口工串THRTRI.,(2)所接的电源电压为5V,通过调节R3可以调节振荡器的输出频C2C2-rO-OlufFi_VIRTUALG2JSND.率。(3)振荡电路参数计算如下:图 3-8

13、555 多谐振荡电路部分且根据f=(1)如图所示为两个帚通滤波器串联而成，其目的为使输出的正弦波波形更平整。(2)R1、C4和R&C6分别构成两个帚通滤波器的低通滤波电路，C1、R5和C5R10分别构成两个高通滤波电路。(3)帚通滤波器各参数计算如下：令R5=2MR1,C1=C4=0.01叶，设通带中心频率f0=3KHZ;11根据fo=,得R1=5.305KG;2：RC2二RC4当f=f。时，通带放大倍数：Aup=人f=QAufP|3-Auf|1J.Q=，故&KKes210KRZ2KJKRGZIDK1C6Cap0,01HFt1n,0I|FRXRcs2UK_JRCS29.K文案大

14、全62。1NURIOR01UKR24RPotRrs22KTK4卜1二GNDGNDJleader5leader3RI5KI6卜：R20IOKRes2S.IK北n士20IIKR.21Rcs2IKRes3I0KCapO.OljiFR22RC52llKCCap0.01MHIRIKe2630ND002p42R6 6VoRIRItC7FT2D-CRo2T1BROROT175OQOOQO二o5RIRIQ-LTO73RA24.c2IX丁白R7011111/ /Ro7 73RIO05c9一ROJU8-ORTo文案大全后同甫卒2013.6一R2O王笄发生器设计R22铺铜后:vvvvvxig g*黑*黑*:*:q.:*:*:*-*:*+l*-i用.t.t:修陷陷联vHvyx+x.yyyvyHvvyyyvyyy:-.B-售就：辞:地nnnnnnHnHnnnnHnnHnBnBHHnnnnnnnnnnHnnnnnnnnnnHnHnnnnHnnHnBnBHHnnnnnnnnnnHnnnn