1、 學號：2011013732 西北農林科技大學電子技術課程設計報告題 目：正弦信號發生器(幅值頻率可調)學院(系)：機械與電子工程學院專業年級： 學生姓名： 指導教師： 完成日期： 2013年7月3日目錄1. 設計的任務與要求- 1 -1.1 課題要求- 1 -1.2具體要求- 2 -1.3課題摘要：- 2 -1.4設計步驟：- 2 -2. 設計方案確定- 3 -3. 硬件電路設計- 4 -3.1整體電路框圖- 4 -3.2 主要元器件介紹- 4 -3.2.1 NE555芯片- 4 -3.2.2 555定時器接成多諧振蕩器- 6 -3.2.3 NE5532P芯片- 6 -3.3 整體電路設計-

2、 7 -3.4分立電路的設計及元件參數的選取及計算- 8 -3.4.1 555多諧振蕩電路- 8 -3.4.2帶通濾波電路- 8 -3.4.3反向比例運算放大器- 9 -4.調試與仿真- 10 -4.1使用的主要儀器和儀表- 10 -4.2分立電路的仿真（仿真圖、操作的步驟、方法和結果）- 10 -4.2.1 仿真圖- 10 -4.2.2仿真結果- 10 -4.3調試電路的方法和技巧：- 12 -5. 總結- 13 -6. 參考文獻- 15 -附錄一- 16 -1.元器件清單- 16 -2.電路原理圖- 17 -3.PCB封裝圖- 18 -4.3D效果圖- 21 -1. 設計的任務與要求1.1

3、 課題要求:設計一個頻率幅值可調的正弦信號發生器 1.2具體要求：1.利用振蕩電路產生正弦信號，要求有可調參數用以修改頻率 2.利用放大電路控制輸出信號振幅。1.3課題摘要：本次課程設計所設計的正弦信號發生器所使用的方法是由方波經濾波器產生正弦信號。方波信號由555數字芯片所組成的多諧振蕩器所產生，其中調節多諧振蕩器中的滑動變阻器便可產生出所需要的信號的頻率，經過帶通濾波器濾除雜波成分，再經過放大倍數可調的運算放大器，便可產生出所需的幅值可調的正弦波。本次設計的信號發生器制作成本不高，電路簡單，可以節約人力物力資源，還具有實際的應用價值。1.4設計步驟： （1）利用555振蕩器產生2.2KHZ

4、19.5KHZ 的方波信號，電位器R3的調節范圍是：3.33%-100%，阻值是1K30K。（2）利用濾波電路或調諧電路產生穩定的2.2KHZ-6.2KHZ 的正弦波信號，電位器R3的調節范圍是31.1%-100%，阻值為9.33K30K。（3）設計增益可調的放大器使輸出信號幅值在0V15V之間可調。2. 設計方案確定方波信號的產生由555多諧振蕩器經過周期性的振蕩產生，濾波電路部分有三種方案：第一種是用低通濾波器產生正弦波，第二種是利用帶通濾波器產生正弦波，第三種是利用調諧濾波電路來產生正弦波。方案一：低通濾波器法：濾波電路由兩節RC濾波電路和同相比例放大電路組成，它的功能是通過從零到某一截

5、止角頻率的低頻信號，而對大于截止頻率的的所有頻率給予衰減。方案二：帶通濾波器法：帶通電路可以由低通電路和高通電路經串聯組成，而高通濾波器可由低通濾波器中的R和C的位置互換而得到。只要低通濾波器的截止角頻率大于高通濾波器的截止角頻率，兩者覆蓋的帶同就提供了一個帶帶通響應。方案三：利用調諧電路來產生正弦波信號，調諧電路中設計好LC振蕩電路的振蕩頻率，當外加的頻率和振蕩電路的頻率相同的時候，電路由于諧振，就可以通過LC振蕩來把方波濾波成正弦波。經綜合比較，方案二的優點明顯，本實驗采用方案二。由555多諧振蕩器產生基頻為2.2KHZ20KHZ的方波信號的信號，如果需要一定頻率成分的分量，則需要經過帶通

6、濾波器產生。現在利用帶通濾波器來產生3KHZ 的正弦波。下面著重介紹用帶通電路產生3KHZ的正弦波。3. 硬件電路設計3.1整體電路框圖示波器顯示反向運算放大電路帶通濾波電路555多謝振蕩電路圖3-1 正弦信號發生器設計整體框圖3.2 主要元器件介紹3.2.1 NE555芯片 555定時器是一種多用途的數字模擬混合集成電路，利用它能極方便地構成施密特觸發器、單穩態觸發器和多諧振蕩器。 其管腳圖、內部功能框圖、內部邏輯電路圖及邏輯功能真值表如下圖所示：圖3-2 NE555各腳功能-管腳圖圖3-3 NE555內部功能框圖圖3-4 NE555內部邏輯電路圖表3-1 555時基電路的功能表清零端高觸發

7、端TH低觸發端Q放電管T功能0xx0導通直接清零101x保持上一狀態保持上一狀態110x保持上一狀態保持上一狀態1010110導通截止置1 清零3.2.2 555定時器接成多諧振蕩器圖 3-5 多諧振蕩器和工作波形多諧振蕩器又稱為無穩態觸發器，它沒有穩定的輸出狀態，只有兩個暫穩態。在電路處于某一暫穩態后，經過一段時間可以自行觸發翻轉到另一暫穩態。兩個暫穩態自行相互轉換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發生器。 接通電源后，假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是CCR1R2 C地，按指數規律上升，當上升到時（TH、端電平大于），輸出翻轉為低電平。是低電平，T導通，C放電，放電回路為

8、CR2T地，按指數規律下降，當下降到時（TH、端電平小于），輸出翻轉為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復始，產生振蕩，經分析可得 輸出高電平時間 T=(R1+R2)Cln2 輸出低電平時間T=R2Cln2 振蕩周期 T=(R1+2R2)Cln2 3.2.3 NE5532P芯片 圖3-6 NE5532P芯片引腳圖 芯片8腳和4腳分別接正負電源,一塊集成芯片內包含有兩片運放，即有兩個輸出腳，分別為1腳和7腳，兩個同相輸入端3腳和5腳和兩個反向輸入端2腳和6腳。其極限參數如下：工作電壓Min.(V):±3；工作電壓Max.(V):±20；帶寬GBW(典型值)(MHz)

9、:10；轉換速率(典型值)(V/us):9；輸入失調電壓(25,Max.)(mV):4.0±15 V；最大工作電流ID(mA):8；共模抑制比(Min.)(dB):100；電源供電方式:雙。 本次利用NE5532接成帶通濾波器里面的同相放大器和放大電路里面的反向放大器，可以只用兩片NE5532，接電路時正負電源端公用，一個電路接1,2,3腳，另一個電路接5,6,7腳，這樣可以節約成本。3.3 整體電路設計本設計的整體電路圖如圖3-7所示。圖3-7 正弦信號發生器設計整體電路圖3.4分立電路的設計及元件參數的選取及計算3.4.1 555多諧振蕩電路（1）如圖所示，由555定時器和外接電

10、阻R2、R3和C2構成多諧振蕩器，利用電源通過R2、R3向C2充電，以及C2通過R3向放電端DIS放電，使電路產生振蕩。（2）所接的電源電壓為5V，通過調節R3可以調節振蕩器的輸出頻率。圖3-8 555多諧振蕩電路部分（3）振蕩電路參數計算如下：所以，振蕩電路可以產生頻率為2.2KHZ-19.5KHZ的方波信號。圖3-9 帯通濾波電路3.4.2帶通濾波電路（1）如圖所示為兩個帯通濾波器串聯而成，其目的為使輸出的正弦波波形更平整。（2）R1、C4和R8、C6分別構成兩個帯通濾波器的低通濾波電路，C1、R5和C5、R10分別構成兩個高通濾波電路。（3）帯通濾波器各參數計算如下：為了使輸出波形變的更

11、好，現采用兩個帶通濾波器串聯作為整個設計的濾波電路。3.4.3反向比例運算放大器 因為信號經過前面的濾波電路后，經同相比例放大電路進行了放大，故本放大電路采用反向比例放大電路，降低輸出電壓的幅度，并且通過調節R14和R15，使輸出信號幅度在0V15V之間可調。圖3-10 反向比例運算放大器4.調試與仿真4.1使用的主要儀器和儀表 數字示波器，穩壓電源，Multisim12仿真軟件，Altium Designer Winter 13 畫圖軟件。4.2分立電路的仿真（仿真圖、操作的步驟、方法和結果）4.2.1 仿真圖分離電路仿真圖見第三章圖3-8，3-9，3-10。正弦信號發生器設計的整體電路圖為

12、圖3-7。4.2.2仿真結果1.用Multisim12仿真軟件進行仿真的效果如下：頻率可調的方波波型：方波的可調頻率范圍是：2.2KHZ20KHZ圖4-1 方波信號波形圖2.帶通濾波器產生的正弦波信號圖4-2 濾波后的正弦波3運算放大器產生幅度可調的正弦波信號圖4-3輸出正弦波波形4.3調試電路的方法和技巧： （1） 調試電路的成功與否，很大程度上取決于電路原理圖的繪畫合理與否，特別是對于模擬電路來說，如果電路原理圖繪畫得不合理，再加上電路板的質量不好以及畫線與畫線之間的干擾，會導致整個電路上的干擾比較大，最后波形會出不來。（2）在畫電路原理圖之前，首先用仿真軟件Multisim12 對電路進

13、行仿真，觀察在理想情況輸入理想參數的到的波形，這樣再畫電路原理圖，就可以減少一些錯誤。（3）畫PCB圖最好要用手動布線，因為自動布線會有很多不合理的地方，或者自動布線后在手動調整，布線時盡量避免過多的平行線，線長要最短，這樣可以減少干擾。（4）在芯片的位置，最好不要過孔，否則會造成焊接困難，線寬不宜太細，焊盤可適當調整大小，最重要的是要注意各元件的封裝。在制作完電路板之后，通電測試前，仔細檢查電路板有無存在短路現象，檢查芯片，極性電容等元件是否裝反或漏裝。5. 總結這次課程設計的制作中我學習了multisim12與altium designer的使用，初步了解了原理圖、PCB板的繪制方法，學會

14、了電路的仿真。在PCB電路板的制作過程中我從同學和老師那里學習了不小制作和調試電路板的方法和經驗。首先是實踐必須要有相關的理論知識作為支撐，做設計之前必須要把相關的理論搞清楚，要有總體的設計思想。其次是在制作電路板之前有必要先進行仿真一下，這樣有利于減少失誤，可以節約成本。這個過程中我也深深的體會到了自己的理論知識的缺乏，基礎知識學得不是很好，動手能力還相對較差，以后一定要重視對理論知識的學習。通過這次課程設計我了解了帶通濾波電路在結構上的特點，同時讓我更好地掌握了各種電路的分析、調試與計算方法，收悉了振蕩電路的各種原理和帯通濾波器的使用方法，更深刻地理解了課本知識。在此次作課程設計過程中，我

15、深深地感受到自己所學知識的有限和對所學知識的生疏，明確了不僅要學課本知識，還要再通過圖書館和網絡等各種渠道來擴充自己的知識，并且要學會對所學內容的取舍及分析。總之，從中我學到了如何對待遇到的困難。增強了對所學知識的思考整合能力，培養了自己的思維能力。在做課程設計過程中，老師給了很大的自由發揮的空間，可以自己選題，讓我自己運用所學知識去分析和解決實際問題。課程設計可以培養我們綜合運用所學知識發現、提出、分析和解決實際問題，可以鍛煉我們的實踐能力，是對我們實際工作能力的具體訓練和考察過程。在這課程設計的幾天里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多的東西，不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很

16、多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次強化訓練使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在具體實踐的過程中難免會遇到過各種各樣的問題，在設計的過程中，我發現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。通過該強化訓練，使我對高頻電子線路、模擬電子技術和數字電子技術的學習有了一個系統地、整體的認識，把原來零散的章節學習組合成了一個整體，進一步了解了調制的概念，收獲很大。在做multisim仿真與PCB圖的繪制的過程中我遇到了很多問題，比如說我認為兩根線是

17、連接在一起的，但是放大后卻發現兩根線是互不相連的，一個節點就可以導致整個實驗的失敗，可謂是牽一發而動全身，因此，在畫電路圖時，一定要仔細，把每個點、每根線都連接好，這樣最后調試的時候才不容易出錯。在做調制器電路的時候，我把電路連接好后觀測不到波形，檢查連線都沒有問題，最后終于發現原來是我錯把-12V的電源弄成+12V的電源了，因此無法觀測到波形。在用示波器同時觀察兩個波形時，可以把其中一個信道的顏色設為紅色或者其它顏色，以方便區分。當我看到示波器上清晰地顯示出理論波形時，興奮之情難以言表。對我而言，從這次強化訓練中學到的知識上很重要，精神上的豐收也很重要。挫折是一份財富，經歷是一份擁有。這次實習必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！這次課程設計培養了我一絲不茍的科學態度和做學問應有的耐心及恒心，也使我認識到做事要不畏困難和迎難而上的重要要性。所有的這些將對我以后的學習或工作產生很大的幫助。在此我也想感謝幫助過我的老師和同學。6. 參考文獻1 童詩白、華成英主編者.模擬電子技術基礎. M北京：高等教育出版社，2006年2 閻石.數字電子技術基礎，北京，高等教育出版社，第五版 3 程勇.實例講解 Multisim 1