正弦信号发生器幅值频率可调Word文档下载推荐.docx

1、2. 利用放大电路控制输出信号振幅。 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。（1） 利用555振荡器产生2.2KHZ 19.5KHZ的方波信号，电位器R3的调节范围 是：3.33%-100%，阻值是 1K Q 30K Q。（2） 利用滤波电路或调谐电路产生

2、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9.33KQ 30KQ。（3） 设计增益可调的放大器使输出信号幅值在 0V15V 之间可调。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

3、可以由低通电路和高通电路经串联组成，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 2.2KHZ 20KHZ 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

4、正弦波。下面着重介绍用带通电 路产生 3KHZ 的正弦波。555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3.硬件电路设计3.1整体电路框图图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。fig* 丄.8-pin T packagefig. 2 8-pin V package1. Ground2 Trigger3 Output4. fteset5 Control Voltage6. Threshold7. Discharge5. Vec （

5、+）（c） Tony van RoonGround TriggerOutputftesetVccDischargeThresholdControt Voltage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：图3-2 NE555各脚功能-管脚图输出端控制电压端高触发端低触发端放电端OUT矽电管DuhtStifle输出复位耶砧5内部功能框图出较黠阈值控制电压E-DIF封装 8-S0F封装图3-3 NE555内部功能框图接地端图3-4 NE555内部逻辑电路图表3-1 555时基电路的功能表清零端咼触发端THQ放电管T功能x导通直接清零1保持上一状态1l保持上一状态保持上一状态

6、J导通截止置1清零32 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，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电5V10KO.luF0.0 LuF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，假定是咼电平，则T截止，电容C充电。充电回路是CCR1 R2 C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CR2T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

7、，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）CI n2输出低电平时间T=R2CIn2振荡周期 T=（R1+2R2）CIn23.2.3 NE5532P 芯片NE5532, NE5532A . . D. P, OR PS PACKAGE SA5532. SA5532A . . D OR P PACKAGE （TOP VIEW）ioute1lN-272OUT1IN+362IN-Vcc-452IN+图3-6 NE5532P芯片引脚图芯片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

8、入端2脚和6脚。其极限 参数如下：工作电压Min.（V）: 土 3;工作电压 Max.（V）: 20;带宽GBW（典型值）（MHz）:10 ;转 换速率（典型值）（V/us）:9;输入失调电压（25C,Max.）（mV）:4.0 15 V;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NE5532接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3.4分立电路的设计及元件参数的选取及计算（3

9、）振荡电路参数计算如下：令R2 =5.1心,1 R3乞302；R3 _1KC2 二 0.01吓；且根据f （R2 + 2R3）In2 C2解得：2.2、HZ 岂 f 岂 19.5HZ图3-8 555多谐振荡电路部分率。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（1） 如图所示为两个帯通滤波器串联而成，其目的为使输出的正弦波波形更平整。（2） R1、C4和R8、C6分别构成两个帯通滤波器的低通滤波电路， C1、R5和C5、 R10分别构成两个高通滤波电路。（3） 帯通滤波器各参数计算如下：令R5 -2 R1, C1=C4=0.0WF，设通带中心频率

10、fo =37匸；1 i根据 fo ，得 R1 =5.3057.打2兀RC 2兀R| C4又；Auf令 R6 =107，R6莎石，故代：3,为使品质因数Q最大，令代2.9 3 0.3KHZQ 10则 R7 =192.通频带:f bw - f p2 - fp1 =| 3 - A uf | f 0R19为了使输出波形变的更好，现采用两个带通滤波器串联作为整个设计的滤波电路3.4.3反向比例运算放大器图3-10反向比例运算放大器0乞代乞0.01因为信号经过前面的滤波电 路后，经同相比例放大电路进行了 放大，故本放大电路采用反向比例 放大电路，降低输出电压的幅度， 并且通过调节R14和R15,使输出 信

11、号幅度在0V15V之间可调。4.调试与仿真4.1使用的主要仪器和仪表数字示波器，稳压电源，Multisim12仿真软件，Altium Designer Winter 13 画图软件。4.2分立电路的仿真（仿真图、操作的步骤、方法和结果）4.2.1仿真图分离电路仿真图见第三章图3-8, 3-9, 3-10正弦信号发生器设计的整体电路图为图 3-7 K2KJKRes21C6Cap0,01 nFRcs2IDKt1 ooi mF Rl争皿GM3leader 31 leader 3R13RI4 1 1-200KCap O.OljiFRI5RIBRes?5 一 IK20hKR曲 IOKR.21.IKI U

12、KfuOiriFrIrisLJrm630J NDR22Rc；KtK3.PCB封装图Pl-Q Q 口o o P2RAR20丄R2?VoRl丄2D匚R oIXTR7012 c114C5IRlo3 口IOR3O 丄4,1-oRE铺铜后:23 3. $ 29KPaEifR 0plgR2R412* -6 RR20 一R2OI!R3HR1 7TC5R2PlR2304R2OR5R9C7R17RL6C6电信1122013. 6” 29QI 8 oR6 oR7 O555 谐拡R12 至oR15王菲T乏強信号发生器设计tb+*%-+-+-+%-+. ;+,:*:+:+:-.+-（盘勲漿誉口S摻 ;+*:+*+: in n n H H H n n u n n n n n n n n n H n n n n H H n n n n n n n n n n n n H A 9 9 摻摻摻發摻摻;,+,+.L .;:,.! f3.d, /iIKSI ! +:+%:t + + + + 888+-+.+.*-+-亠+.*+*J,l*l*l*l*.*l*l* FUFFF:I*I*I*.*I*I*I*I*.*I*I*I*I*I*I*N 橙醫R20 卜曲R21o4-iR16Pl 7R18帶通涯直器R13 RM丄 丄R12亠C8Pl 5王齐?R8DR7 焉C7 口 16 IT4. 3D效果图 oO O,?-21 -