波形发生器设计报告

1、目 录i韶 关 学 院课程设计说明书（论文）设计题目：波形发生器设计设计题目：波形发生器设计课程名称：电子技术课程设计课程名称：电子技术课程设计学生姓名：黄明高学生姓名：黄明高学学 号：号：12101071053院院 系：物理与机电工程学院系：物理与机电工程学院专业班级：专业班级：12 电子电子 2 班班 指导教师姓名及职称：洪远泉指导教师姓名及职称：洪远泉 实验师实验师 起止时间：起止时间： 2014 年 3 月 2014 年 6 月 课程设计评分：课程设计评分：（教务处制）（教务处制）目 录ii目目 录录1课题任务（一级标题，黑体，三号）课题任务（一级标题，黑体，三号）.12电路设计原理电

2、路设计原理.22.1脉冲波形设计原理 .22.2锯齿波形设计原理 .32.3正弦波形 1 设计原理 .3 2.4 正弦波形 2 设计原理.43PCB 电路板制作电路板制作.63.1DXP2004 软件简介 .63.2原理图设计 .63.3元件库设计 .63.4四位加法器 PCB 板图设计.73.5腐蚀加工与 PCB 板直观检查.73.6焊接与通电前测试 .74常见故障分析常见故障分析.74.1PCB 板电源与地线短路.84.2无法实现正弦波的输出.84.3锯齿波幅度值偏大 .85总结总结.7附录附录.8 附录 A：仿真电路图 8附录 B：电路原理图.9附录 C：PCB 电路板图.9附录 D：实

3、物照片.10目 录iii波形发生器设计波形发生器设计专业班级：12 电子 2 班 学生姓名：黄明高 指导老师: 洪远泉（实验师） 1 1 课题任务课题任务使用 555 芯片和一个通用四运放 LM324 芯片，设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波，锯齿波，正弦波 1，正弦波 2 的波形产生电路。设计制作要求如下：1同时四通道输出，每通道输出脉冲波，锯齿波，正弦波 1，正弦波 2 中的一种波形，每通道输出的负载电阻均为 560 欧姆。2四种波形的频率关系为 1:1:1:3.脉冲波，锯齿波，正弦波 1 输出频率范围为8KHz10KHz，输出电压幅度峰峰值为 1V；正弦波 2 输出频率范围为24KHz

4、30KHz，输出电压幅度峰峰值为 9V。脉冲波，锯齿波，正弦波输出波形无明显失真。频率误差不大于 10%；通道内输出电压幅度值误差不大于5%。脉冲波占空比可调节。3电源只能选用+10V 单电源，由稳压电源供给。4要求预留脉冲波，锯齿波，正弦波 1，正弦波 2 的电源的测试端子。5每通道输出的负载电阻 600 欧姆应标示清楚，置于明显位置，便于检查。总体设计结构如下图所示：目 录iv2 2电路设计原理电路设计原理2.1 脉冲波形设计原理脉冲波形设计原理 电路刚通电时，由于电容 C 上的电压不能突变，为 0V，则 555 的 2 脚、6 脚电压也为 0，而比较器 C1 的正端（5 脚）电压固定在

5、2VCC/3 的阀值上，比较器 C2 的负端电压固定在 VCC/3 的阀值上。因此，UCVCC/3,R1=1,S=0,3 脚输出高电平，三极管 T 截止。通电之后，电源 VCC 通过电阻 R1、R2 对电容 C 充电，2 脚与 6 脚的电压 Uc 逐渐上升。当 UcVcc/3 时，R=1,S=1,输出维持不变。Uc2Vcc/3 时，R=0,S=1,3 脚输出低电平，三极管 T 导通，此时电容通过电阻R2、三极管 ce 极放电，Uc 电压下降。电容放电一段时间后，电压下降到目 录vUcVcc/3 时 R=1，S=0，3 脚又输出高电平，三极管 T 截止，电源通过 R1、R2对电容 C 充电。电路

6、输出的脉冲 Vo 的高电平持续时间 tpH跟电容 C 的充电速度有关。根据暂态电路的定律，电源 Vcc 通过电阻 R1、R2 对 C 充电的电压大小计算公式为：Uc(t)=Uc()+Uc(0+)-Uc()e-t/=Ucc(1-e-t/),=(R1+R2)CUcc/3=Ucc(1-e-t/),解得 t1=(ln3-ln2)2Ucc/3=Ucc(1-e-t/),解得 t2=ln3Tph=t2-t1=ln2=0.693(R1+R2)C同理，电路输出的脉冲 v0 的低电平持续时间 tPL跟电容 C 对电阻 R2 的放电速度有关。放电电压的计算公式为：Uc(t)=2Ucc/3e-t/,=R2C电容上的电

7、压从 2Vcc/3 放到 Vcc/3 的时间为 tPL=ln2=0.693R2C因此，多谢振荡器的周期 T=TPH+TPL=ln2(R1+2R2)C=0.693(R1+2R2)C频率：F=1/0.693(R1+2R2)C=1.44/(R1+2R2)CHZ2.2 锯齿波形设计原理锯齿波形设计原理如图所示是由 NE555 定时器、运算放大器、稳压二极管等构成的锯齿波发生器电路。采用 NE555 对定时电容进行恒流充电，就可产生锯齿波。目 录vi锯齿波的周期与振幅是通过改变 NE555 片内复位检测用比较器的比较电平而改变的。若 NE555 复位检测比较器的比较电平为 Uc，VDz 的稳定电压为 U

8、z，则从外部触发开始到复位检测的时间 t 为 t=（UcUz）R3C1。从外部触发开始，NE555 的输出在 t 期间保持高电平，t 可用做定时时间。由运算放大器 A1 构成的跟随器采用自举方式，C1 的充电电流由稳压二极管 VDz 和电阻 R3 决定。电路中，通过稳压二极管不同的稳压值来改变锯齿波的周期，也可通过改变参数 R3 或 C1 的值改变锯齿波的周期，但同时要考虑运算放大器的动态范围，否则，波形会失真。2.3正弦波正弦波 1 设计原理设计原理 低通滤波器的设计框图：有源滤波器的快速设计：（1）根据截止频率 fc,选择电容 C(单位为 uF)，满足下式： K=100/fcC 注意 K

9、值不能太大，否则会使得电阻的取值较大，从而使引入的误差增大，通常取1K10。同时，恰当选择 K 值，使得电容 C 的取值容易实现。例如，要设计一个9K 的低通滤波器，K=1时，C=0.011111uF;K=2,C=0.005566uF;K=3,C=0.003704uF;K=4,C=0.002778uF;K=5,C=0.002222uF;K=6,C=0.001852uF;K=7,C=0.001587uF;K=8,C=0.001389uF;K=9,C=0.001111uF。可以选择 K=5，用瓷片电容222（0.0022uF）代替。目 录vii从设计表中查出与 Av 对应的电容值，及 K=1时的电

10、阻值。再将这些电阻值乘以参数 K,得到电阻的设计值。实验调整修改电容、电阻值，测量滤波器的性能参数，绘制幅频特性曲线。2=1/R2R3CC1，Q=0.0707，AV=-R2/R12.4 正弦波正弦波 2 的设计原理的设计原理有源带通滤波器的设计框图：有源滤波器的快速设计：（1）根据截止频率 fc,选择电容 C(单位为 uF)，满足下式： K=100/fcC 注意 K 值不能太大，否则会使得电阻的取值较大，从而使引入的误差增大，通常取1K10。同时，恰当选择 K 值，使得电容 C 的取值容易实现。例如，要设计一个9K 的低通滤波器，K=1时，C=0.011111uF;K=2,C=0.005566

11、uF;K=3,C=0.003704uF;K=4,C=0.002778uF;K=5,C=0.002222uF;K=6,C=0.001852uF;K=7,C=0.001587uF;K=8,C=0.001389uF;K=9,C=0.001111uF。可以选择 K=5，用瓷片电容222（0.0022uF）代替。从设计表中查出与 Av 对应的电容值，及 K=1时的电阻值。再将这些电阻值乘以参数 K,得到电阻的设计值。实验调整修改电容、电阻值，测量滤波器的性能参数，绘制幅频特性曲线。RCR3C1才能形成通带目 录viiif0=1/2RC,Q=1/(3-Av),BW=f0/QAv=1+RF/R3为通向比例放

12、大电路的电压增益，Av 必须小于3，电路才能稳定工作。当 f=f0时，带通滤波器具有最大的电压增益 Auo=Av/(3-Av)2=(R1+R2)/R2R2R3C2,Q=O/BW=fo/BW(BWo） ，AV=-R3/2R13 3 PCBPCB 板制作板制作3.1 DXP2004 软件简介软件简介Protel DXP 是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。Protel DXP 运行在优化的设计浏览器平台上，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的 PCB 设计过程。通过设计输入仿真、PCB 绘制编辑、

13、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，Protel DXP 提供了全面的设计解决方案。3.2 原理图设计原理图设计 打开 DXP2004 软件，建立项目“波形发生器设计.projpcb”并保存到专用的文件夹。新建原理图文件“波形发生器原理图.schdoc”到项目中，并保存。在原理图中绘制波形发生器原理图如下：目 录ix3.3 PCB 板图设计板图设计波形发生器设计的的项目中按右键，在弹出的对话框中点击【追加已有文件到项目中】-【PCB】 。接着打开主原理图点击【设计】【Update PCB Document】【执行变化】【关闭】即可导入原件到 PCB 文件上，接下来就是布局。布局时

14、需要注意的是一般优先考虑电路中的核心元件和体积较大的元件，各元件不要重叠，功率较大的元件的位置不能靠的太近，尽量使飞线不要交叉，连线长度较短，电路板中元件尽量均匀分布，不要挤到一边，以便于和原理图对照分析。布局完成后就是布线，布线时跳线尽量短和少。布线完成后要在 PCB 上加入汉子模块。分别是姓名和学号，此处使用工具是“PCB 图中加入中文字”文件。完成后即可用打印机打 PCB 图打印在油纸上，然后将图案印在铜板上。具体图案见附录。3.4腐蚀加工及腐蚀加工及 PCB 板直观检查板直观检查 将适量的三氯化铁固体与清水混合并搅拌直至形成浑浊液，再把 PCB 板放入水中，轻轻地晃动盛有三氯化铁浑浊液

15、的器皿直到裸露的铜完全脱落再将腐蚀后的铜板用清水冲洗干净，然后用砂纸打磨掉附在铜板上的碳粉，最后用打孔机在焊盘处打孔。完成这一系列的步骤之后还需检查线路是否有短路或是断路，及时纠正错误。目 录x3.5焊接与通电前的测试焊接与通电前的测试 腐蚀完成后用万用表调到二极管档测试电路是否断路，若万用表发出尖锐的声响说明电路时连通的，否则该段电路是断开的，断开的电路可用焊锡连接，检查无误后即可进行元器件的焊接。焊接时注意烙铁的温度不能过高，焊接时间尽量短。应让焊接面尽量干净，焊接才会很迅速、很坚固，可以使用细砂纸打磨焊接表面。焊接完成后首先要外观检查，即目测每个焊点是否合乎外观标准，检查整块电路板，确保

16、没有漏焊，没有桥接，未损伤导线及元器件的绝缘层，没有焊料飞溅等。还应用指触，镊子拨动，拉线等方法检查有无导线断线，焊盘剥落等缺陷。4 4 常见故障分析常见故障分析4.1 PCB 板电源与地线短路板电源与地线短路检测：万用表调蜂鸣档或电阻档，两表笔分别接电路板的 VCC 与 GND 端，若万用表响了或指针有较大摆动，叫短路（或通路） ；若万用表没响或指针没有较大摆动，说明两点不连通。还可以在计算机中打开 PCB 图，点亮短路的网络，观察什么地方离得最近，最容易粘在一块。4.2 无法实现正弦波的输出无法实现正弦波的输出LM324 的 4 脚没有加偏置电压。加偏置电压的方法是在 VCC 和 GND

17、间串联两个 10K 的电阻，然后在两电阻间分一条支路到 LM324 的 4 脚，即可完成偏置电压。4.3 锯齿波幅度值偏大锯齿波幅度值偏大 锯齿波幅度值偏大的原因是没有分压，可以通过电位器的调节进行分压从而得到符合设计要求的锯齿波幅度值目 录xi5 总结总结经过接近一个月的不断调试与改进，终于完成了本次的波形发生器课程设计，并且达到了预期的效果，实现了脉冲波，锯齿波和正弦波的输出，频率连续可调，但是正弦波 2 没有达到预期的频率范围，整个电路板也因为多次的修改导致非常不美观。不过通过了本次的波形发生器设计，我把模电部分的理论知识与实践结合了起来，以前在学习理论知识期间似懂非懂的问题经过了这次课

18、程设计也有了新的了解。调试的过程中遇到很多问题，最后都通过翻阅资料和检查电路找出并解决。最重要的还是从实践中理解了课本上的理论知识，明白了学与致用的真谛，因为理论计算值在实践中又不一定是最佳的参数，还需通过不断地观察实验结果调整器件的参数以达到最好的效果，也正因为如此，这次的课程设计花费了比以往的课程设计更多的时间，不过在调试的过程中我们也学到了更多的经验和知识。总之，本次的波形发生器设计不但提高了我的动手实践能力，同时也让我更加深刻地体会到了理论与实践结合的重要性。附录附录附录 A:用 Multisim10 仿真电路及波形目 录xii附录 B：电路原理图目 录xiii附录 C：PCB 电路板图目 录xiv附录 D：实物照片目目 录录目 录xv1课题课题任务任务 . 摘要 .3 3波形发生器波形发生器工作原理工作原理 . 3.1 主要芯片的引脚，功能与工作原理 . 3.2 脉冲波产生原理 . 3.3 锯齿波产生原理与跟随器 . 3.4 低通滤波器与正弦波产生原理 . 3.5 带通滤波器与正弦波产生原理 .4 4 波形发生器在波形发生器在 multisimmultisim 仿真结果仿真结果 .5 5波形发生器波形发生器 PCBPCB 电路板制作电路板制作 . 5.1 DXP2004 软件简介 . 5.2 原理图设计 . 5.3 波形发生器 PCB 板图设计 . 5