基于555时基电路的方波信号源文档格式.docx

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作为信号源;

利用此方波?

，可在四个通道输出4种波形:

每通道输出方波?

、三角波、正弦波?

、正弦波?

中的一种波形，每通道输出的负载电阻均为600欧姆。

2.五种波形的设计要求

（1）使用555时基电路产生频率20kHz-50kHz连续可调，输出电压幅度为

1V的方波?

;

（2）使用数字电路74LS74，产生频率5kHz-10kHz连续可调，输出电压幅度

为1V的方波?

（3）使用数字电路74LS74，产生频率5kHz-10kHz连续可调，输出电压幅度

峰峰值为3V的三角波;

（4）产生输出频率为20kHz-30kHz连续可调，输出电压幅度峰峰值为3V的

正弦波?

（5）产生输出频率为250kHz，输出电压幅度峰峰值为8V的正弦波?

方波、三角波和正弦波的波形应无明显失真（使用示波器测量时）。

频率误

差不大于5%;

通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。

3.电源

只能选用+10V单电源，由稳压电源供给，不得使用额外电源。

4.测试要求

要求预留方波?

、方波?

和电源测试端子。

5.负载

每通道输出的负载电阻600欧姆应标清楚、至于明显位置，便于检查。

总结:

1、使用555时基电路产生频率20kHz-50kHz连续可调，输出电压幅度为1V的方波?

2、使用数字电路74LS74，产生频率5kHz-10kHz连续可调，输出电压幅度为1V的方波?

3、使用数字电路74LS74，产生频率5kHz-10kHz连续可调，输出电压幅度峰峰值为3V的三角波;

4、产生输出频率为20kHz-30kHz连续可调，输出电压幅度峰峰值为3V的正弦波?

5、产生输出频率为250kHz，输出电压幅度峰峰值为8V的正弦波?

二、电路设计

1、设计原理

74ls74四分频:

74LS74为双D触发器，将一个D触发器的Q非输出端接到D输入端，时钟信号输入端CLOCK接时钟输入信号，遇到一次时钟信号D触发器将翻转一次，每两次时钟脉冲就会使D触发器输出一个完整的方波，即可实现二分频。

把74LS74上的两个D触发器串联，将其中一个D触发器的输出作为另一个D触发器的时钟信号脉冲，则可以实现四分频。

555多谐振荡器:

电源接通时，555的3脚输出高电平，同时电源向电容c充电，当c上的电压到达2/3电源电压时，555的7脚让电容放电，3脚由高电平变成低电平。

当电容的电压降到1/3电源电压时，3脚又变为高电平，同时电源再次向电容充电。

这样周而复始，形成振荡。

LM324:

LM324为四通道运算放大器，当其与一部分电阻电容连接时可以形成积分电路、低通滤波器、带通滤波器，从而可以试验信号的运算处理。

2、设计框图

3、元件选择

1）555多谐振荡器

555电路要求R1、R2均应大于或等于1kΩ，但R1+R2应小于3.3MΩ。

其输出信号的时间参数是:

T=tw1+tw2

tw1=0.7（R1+R2）*C

tw2=0.7R2*C

f=1/T

所以调节R2的阻值，就可以调节所产生方波的频率，调节输出端的滑动变阻器就可以调节所产生方波的幅值。

2）74ls74分频器

用一个脉冲时钟触发一个计数器，计数器每计4个数就清零一次并输出1个脉冲。

将Cp接时钟，Q=1,D=/Q=OUT,R=S=0（接地），就是Q端接高电平，D端接Q非，值位复位端都接地。

这就组成了一个二分频D触发器，两个D触发器串联，就构成了四分频器。

3）积分电路

积分电路开始必须先确定时间常数τ=RC:

积分速度取决于τ的大小。

然后再选择电路元件:

当时间常数τ=RC确定时，再选择R和C的值，因为积分电路的输入电阻Ri等于R，R的值可以大一些。

最后确定RP、Rf:

RP是静态的平衡平衡电阻;

在积分电容的两端并联一个电阻Rf，来预防饱和或截止现象。

计算公式如下:

=1/（2πRC）f

Vo=-（Vs/RC）*t=-（Vs/τ）t

4）低通滤波器

低通滤波器是有两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的滤波装置。

20kHz-30kHz的方波经过低通滤波器后可以将20kHz-30kHz正弦波过滤出来。

其通带电压增益:

Ao=Avf=1+Rf/R1

2πRC）f=1/（

5）带通滤波器

带通滤波器的带宽为上限截止频率与下限截止频率之差。

在有源带通滤波器的中心频率fo处:

电压增益Ao=B3/2B1

品质因数:

3dB

带宽B=1/（п*R3*C）

根据设计确定的Q、fo、Ao值，求出各元件参数值。

R1=Q/（2пfoAoC）

R2=Q/（（2Q2-Ao）*2пfoC）

R3=2Q/（2пfoC）。

上式中，C为0.01Uf。

三、系统功能、仿真测试

由555定时器和外接元件R1、R2和C构成的多谐振荡器，2脚与6脚直接相连，电路没有稳态，只有两个暂稳态，电路也不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向电容C充电，使电路产生震荡，电容在1/3VCC

其仿真波形、实测波形如图。

和2/3VCC之间充电和放电，

2）74ls74分频电路

于是基本方波信号就被分频成了5kHz-10kHz的方波，然后经过分压电路，就得到5kHz-10kHz的方波幅值为1V的方波II。

74ls74四分频电路原理如图所示，仿真效果、实测效果如图。

用积分电路来进行方波到三角波的变换，为了使积分输出的波形更稳定，也为了使电路输出振幅符合题意要求，设置参考电压。

参考电压为2.5V，由10V单电源供电，用5V稳压管，然后进行分压，从而得到2.5V参考电压，其电路如图所示。

积分电路是使输出信号与输入信号的时间积分值成比例的电路，积分电路可将矩形脉冲波转换为三角波，积分电路原理如后图所示。

低通滤波器由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其中同相比例放大电路具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点。

低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。

低通滤波器的作用是抑制高频信号，通过低频信号。

低通滤波器电路图如图。

带通滤波器是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备，将通频带设置在250kHz+20Hz之间，得到谐波分量，然后再用低通滤波器将高于250kHz的谐波分量滤除，即得到250kHz的正弦波分量。

此处带通滤波器和低通滤波器共同工作对50kHz的方波进行选择分离，得到固定频率250kHz峰峰值8V的正弦波。

电路如图所示。

四、电路原理图及PCB板