RC正弦波振荡器课程设计

1、沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书振荡器是一种在没有外加激励信号， 而自动的将直流电源产生的能量转化为具有一 定频率、一定幅度和一定波形的交流信号的电路。振荡器一般由晶体管等有源器件和具 有选频能力的无源网络所组成。振荡器的种类很多，根据工作原理来分，可分为反馈式 振荡器和负阻式振荡器两大类。根据所产生波形的不同，可分为正弦波振荡器和非正弦 波振荡器。根据选频网络所采用的器件来分，可分为LC振荡器、晶体振荡器以及RC振荡器等。正弦波振荡器在无线电技术中应用非常广泛。在通信系统中，可用来产生发射 极部分的载波信号和接收机中的本地震荡信号。在电子测量仪器中，可用来各种频段的 正弦波信号。本课程

2、主要研究 RC正弦波振荡器白电路设计与proteus软件仿真。滤波器是对波进行过滤的器件。它的作用实质上是“选频”，即允许某一部分的信号顺利通过。在无线电技术、自动测量和控制系统中，常被用来对模拟信号进行处理， 如数据传送、抑制干扰。滤波器根据工作信号的频率范围，可分为低通滤波器、高通滤 波器、带通滤波器和带阻滤波器。本课程主要是对带通滤波器的设计与仿真。关键词：RC正弦波振荡器；滤波器；proteus仿真2目录1绪论12设计任务2.1.1 课程设计的目的2.1.2 课程设计任务与要求2.1.3 课程设计技术指标 2.3 RC正弦波振荡器工作原理 3.3.1 电路原理及元件选择 .3.3.2

3、参数计算3.4 4阶带通滤波器工作原理 5.4.1 电路原理及元件选择 .5.4.2 参数计算5.5 Proteus 软件介绍 .6.6电路仿真与结果分析 7.6.1 RC正弦波振荡器仿真与结果分析76.2 4阶带通滤波器器仿真与结果分析 7.致谢.10.参考文献1.1.沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书1 绪论本次课程设计的内容包括 RC正弦波振荡器电路和高阶带通滤波器电路的设计与仿 真两部分。RC正弦波振荡器电路由四部分组成：放大电路，反馈网络，选频网络，稳幅环节。 其中放大电路和反馈网络构成正反馈系统， 共同满足AF=1。选频网络由电阻和电容元件 组成，作用是实现单一频率的正弦波振荡

4、。稳幅环节的作用是使振荡幅度达到稳定，通 常可以利用放大元件的非线性特性来实现。我们知道，负反馈放大电路产生自激振荡的 条件是af=- 1,那是因为在放大电路中，为了改善性能，引入的是负反馈，而在振荡电 路中，我们的目的就是要产生正弦波振荡，因此有意识的将反馈接成正反馈。带通滤波器的作用是实现某一段频率范围内的信号通过，而将此频带以外的信号阻断。带通滤波器经常用于抗干扰设备中，以便接收某一频带范围之内的信号，而消除低 频段和高频段的干扰和噪声。从原理上说，将一个通带截止频率为f2的低通滤波器与一个通带截止频率为fl的高通滤波器串联起来，当满足条件 f2>f1时，即可构成带通 滤波器。当输

5、入信号通过电路时，低通滤波器将 f>f2的高频信号阻断，而高通滤波器 将f<f1的高频信号阻断，最后，只有频率范围在 f1<f<f2的信号才能通过电路，于是 电路成为一个带通滤波器。根据以上原理组成的带通滤波器输入端的电阻 R和电容C组 成低通电路，另一个电容 C和电阻R2组成高通电路，二者串联起来接在运放的同相输 入端，输出端通过电阻R3引回一个反馈，这样就组成了一个简单的带通滤波器。本次 课程为了滤波器的性能更好，我们设计了一个 4阶带通滤波器。112设计任务2.1 课程设计的目的通过课程设计，使课本所学知识得到实际应用的同时，增强学生的动手能力和独立 思考能力，培

6、养学生的学习兴趣和爱好。通过软件Proteus仿真来使电路达到所要求的技术指标，以此锻炼学生设计和调试电路的能力。2.2 课程设计任务与要求2.2.1 任务研究RC正弦波振荡器和高阶（3阶以上）滤波器电路的原理及其应用。2.2.2 要求1 .认真领会所选课程设计题目含意，查阅和运用相关技术资料，锻炼独立思考的 能力；2 .利用软件进行电路设计和仿真，认真记录数据和波形，要准确、规范、独立完 成仿真内容，自觉培养严谨求实的科学作风；3 .认真完成课程设计论文（应包含电路图、元器件清单、仿真调试及设计总结等）。2.3课程设计技术指标对于RC正弦波振荡器来说，频率为2100Hz;对于高阶滤波器来说，

7、设计一个 4阶 中心频率为9050Hz的带通滤波器。3 RC正弦波振荡器工作原理3.1 电路原理及元件选择3.1.1 电路原理振荡电路的原理图如图3.1所示。其中集成运放A作为放大电路，RC串并联网络是 选频网络，而且当f=f。时，它是一个接成正反馈的反馈网络。另外，Rf和R'支路引入一个负反馈。由图可见，RC串并联网络中的串联支路和并联支路， 以及负反馈中的Rf和 ' . . . . . . . . 、 . . 、 一 一 R ,正好组成一个电桥的四个臂，因此这种电路又称为文式电桥振荡电路。图3.1 RC正弦波振荡器原理图3.1.2 元件选择RC正弦波振荡器元器件选择如表3.

8、1所示。表3.1 RC正弦波振荡器元器件选择电阻电容二极管运算放大器电源5个2个2个1个2个3.2 参数计算3.2.1 振荡频率为了判断电路是否满足振荡的相位平衡条件，可假设在集成运放的同相输入端将电 路断开，并加上输入电压U。由于输入电压加在同相输入端，故集成运放的输出电压与 输入电压相同，即（I）A=Ob已知当f=f。时，小人+小F=0,电路满足相位平衡条件。由此可 知，电路的振荡频率为：f(3.1)0 2 二 RC根据给定频率2100HZ,设定C=100nF,由(3.1)得R=7600Q。3.2.2 起振条件震荡的幅度平衡条件为 AF >1,已知当f=f 0时，=；,由此可以求得起

9、振条件为 >3(3.2)Au已知同相比例运算电路输出电压与输入电压之间的比例系数为1+上，为了达到RR1 + ->3(3.3)R负反馈支路的参数应满足关系Rf>2R(3.4)4 4阶带通滤波器工作原理4.1 电路原理及元件选择4.1.1 电路原理如图4.1所示，电路以集成运放为中心，输入端的电容 C和电阻R组成低通电路, 另一个电容C和电阻R2组成高通电路，两者结合起来接在运放的同相输入端，输出端 通过一个电阻R3引回一个反馈。图4.1带通滤波器原理图4.1.2元件选择带通滤波器电路元器件选择如表4.1所示。表4.1 4阶带通滤波器元器件选择电阻电容运算放大器电源10个4个2

10、个4个4.2 参数计算我们在这里设定滤波器的中心频率 fo=9050HZ,电容C=10nF,根据(4.1)12 二 RC计算得R=1760Q5 Proteus软件介绍Proteus是世界上著名的ED-具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机 与外围电路协同仿真，一键切换到 PCBS计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是 目前世界上唯一将电路仿真软件、PCBS计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台, 其处理器模型支持 8051、HC11 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR ARM 8086 和 MSP430?, 2010年又增加了 Cortex和DS陈列处

11、理器，并持续增加其他系列处理器模 型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLA磬多种编译器。Proteus软件具有其它EDAX具软件（例：multisim ）的功能。这些功能是：（1） 原理布图（2） PCB自动或人工布线（3） SPICE电路仿真革命性的特点1 .互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如 RAM ROM键盘，马达，LER LCD AD/DA部分SPI 器件,部分IIC器件。2 .仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR PIC、ARM等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图 的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置 的虚拟逻辑分析

12、仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件， 有30多个元件库，可提供的仿真仪表资源：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上 同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用 与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入 阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。止

13、匕外，Proteus可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号 包括模拟信号和数字信号。6电路仿真与结果分析6.1 RC正弦波振荡器仿真与结果分析6.1.1 电路仿真RC正弦波振荡器电路仿真如图6.1所示。图6.1 RC正弦波振荡器仿真图6.1.2 结果分析如图6.2所示，仿真结果为一条正弦波。图6.2 RC正弦波振荡器仿真结果6.2 4阶带通滤波器器仿真与结果分析6.2.1 电路仿真4阶带通滤波器电路仿真如图6.3所示。图6.3 4阶带通滤波器仿真图6.2.2 结果分析如图6.4所示，蓝色为输入波形，黄色为输出波形，当输入频率为100Hz时，输出为直线

14、，满足带通的要求。图6.4 4阶带通滤波器结果图如图6.5所示，当输入频率为10000时，输出为标准正弦波，满足设计要求图6.5 4阶带通滤波器结果图如图6.6所示，当输入频率为100000HZ时，输出几乎衰减为一条直线，满足带通 设计要求图6.6 4阶带通滤波器结果图致谢本次课程设计共历时3周，第一周完成了软件（proteus）安装和软件学习，为后两 周的学习打下了基础。第二周我们按要求完成了两种电路的设计与调试，虽然在调试过 程中遇到了一些问题，但我们通过努力思考，积极寻求老师帮助，让问题得到了及时的 解决。第三周是电路仿真与论文撰写，在调试好电路的基础上，电路仿真很顺利的出了 结果，接下来是论文的撰写，虽然已不是第一次撰写论文，但很多细节还是容易忽略， 我们本着认真严谨的态度，经过反复修改，最终完成了撰写。通过这次课程设计，不仅使以前学过的知识的到了巩固和实际应用，而且在调试电 路的过程中，培养了我们耐心认真的品质，在参数计算的过程中，