三角波、方波振荡器(1)要点.pdf
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1、1 第 1 章三角波、方波振荡器制作与调试 1.1 设计任务 熟悉各元件仪器仪表与集成放大器的使用,按要求写出设计过程及调试过程 和步骤,设计好电流电压转换装置并调试,使系统能输出方波和三角波。熟悉手 工焊锡的常用工具的使用, 基本掌握手工电烙铁的焊接技术,能够独立的完成简 单电子产品的安装与焊接。 1.2 总体设计方案 该电路同时产生一个三角波和一个方波,它自动启动并且没有锁死的问题,IC1 是一个 集成块, 其压摆率由CT 和 RT 决定。 IC2 是一个施密特触发器;IC1 的输出电平在施密特触 发器的磁滞电平之间斜升和下降,它的输出驱动另一个集成电路,通过改变RT 可使工作频 率在 1
2、00 1范围内变化, 只需三个电阻, 一个电容和一只双运放,就能做成一个频率从0.1HZ 到 100KHZ 的三角波和方波振荡器。 1.3 系统分析与设计 1.3.1 自激振荡 因为电路中存在噪音, 噪音信号引起电路电量波动,虽然很微弱, 但它们具 有多频谱的特性, 即在在噪音中含有各次正弦波分量。这些谐波分量出现在放大 电路的输入端, 经过运算放大电路741 的放大到达输出端。 由于反馈网络的存在 又把输出信号回送到电路的输入端。由于RT 引入的反馈是正反馈,那么微弱的 噪音就会被不断的放大,使得在电路的输出端出现了具有一定幅值的电信号。 1.3.2 积分运算电路 积分运算电路满足输出电压是
3、输入电压的积分关系,通过计算可得到输出电 压与输入电压的关系式为 1 oi UU dt RC ,图 1.1 是实现这一功能的电路,图 二为方波转换为三角波的波形图。 2 图 1.1 积分运算电路图 1.2 波形图 1.3.3 施密特触发器 施密特触发器作用主要是能够把变化缓慢的输入信号整形成边沿陡峭的矩 形脉冲,输入的信号只要幅度大于vt+ ,即可在施密特触发器的输出端得到 同等频率的矩形脉冲信号(如图1.3 )。同时,施密特触发器还可利用其回差 电压来提高电路的抗干扰能力。它是由两级直流放大器组成,电路如图1.4 图 1.3 脉冲信号图 1.4 施密特触发器 应用施密特触发器可以将波形变换的
4、原理,即可将三角波波变成矩形 波。施密特触发器IC2,其中电阻 47K 为正反馈。 IC1 的输出电平在施密特触发 器的磁滞电平之间斜升和下降,它输出的三角波驱动另一个集成电路IC2,输出 方波。将输出的方波通过RT 反馈到 IC1 的输入,IC1 与 IC2 通过一个电阻耦合, 这样就构成了一个连续输出三角波和方波的振荡器。改变RT 就能做成一个频率 从 0.1HZ 到 100KHZ 的三角波和方波。 3 1.3.4 信号频率 选出信号的频率侧有CT和 RT来决定。而 IC1 的输出电平在施密特触发器的 磁滞电平之间斜升和下降, 此时输出的就是三角波。 它的输出又可以驱动下一集 成电路。这样
5、在没有输入的情况下就产生了一个三角波和一个方波。其频率为 CTRTTf*60471 1.3.5 IC1 、IC2 放大器 IC1、IC2 放大器都是 741放大器。741 放大器为运算放大器中最常被使用的 一种,拥有反相与非反相两输入端,由输入端输入欲被放大的电流或电压讯号, 经放大后由输出端输出。741运算放大器的外型与接脚配置分别如图1.5 、6 所 示。 图 1.5. 741 运算放大器外型图 图 1.6. 741放大器输出入脚位图 741运算放大器使用时需于7、4 脚位供应一对同等大小的正负电源电压 Vdc与Vdc,一旦于 2、3 脚位即两输入端间有电压差存在,压差即会被放大于输 出端
6、,唯 Op放大器具有一特色,其输出电压值决不会大于正电源电压Vdc或小 于负电源电压 Vdc,输入电压差经放大后若大于外接电源电压Vdc至Vdc之范 围,其值会等于 Vdc或Vdc,故一般运算放大器输出电压均具有如图1.7 之特 性曲线,输出电压于到达Vdc和Vdc后会呈现饱和现象。 4 图 1.7. 放大器输出入电压关系图 1.4 总电路图、元器件清单、仪器仪表清单 1.4.1 三角波、方波振荡器总电路图 图 1.8 三角波、方波振荡器总电路图 1.4.2 元器件清单 表 1-1 元器件清单 序号元件名称型号数量(个) 1 电容 CT 103 1 2 电阻 RT 15K、 47K 1、2 3
7、 运算放大器HA17741 2 5 1.4.3 仪器仪表清单 表 1-2 元器件清单 序号仪器仪表名称个数 1 万用电路板1 2 万用表1 3 电烙铁1 4 焊芯1 5 电工钳1 7 示波器1 8 电子箱1 6 导线若干 1.5 系统安装、调试与参数测量 1.5.1 系统安装 首先根据设计要求,画出实验电路图;然后准备电烙铁,预热,摆放材料; 根据画好的电路图,布线,焊接,焊接电路,注意焊接时防止虚焊,做到焊点光 亮,对称、均匀且与焊盘大小比例适合,无焊剂残留物。 1.5.2 系统调试 15V电源的输出:在电子箱上的+15、-15 、0 的引脚上引出的线分别于电 路板上对应的脚相连接,用示波器
8、的测量笔夹夹住地线,笔钩依次钩住三角波和 方波的输出线,调节示波器,观察三角波和方波的输出图像。 1.6 改进意见与收获体会 1.6.1 改进意见 (1)在运放的同向输入端与地之间加一电阻R,保证运放两个输入端的平衡。 6 (2)由于 RT和 CT为固定值,所以该电路输出的三角波和方波的频率不能改变。 为适应特殊要求,我觉得可以将RT换成可变电阻。通过改变电阻的阻值,即可 改变输出波的频率,从而达到要求。 (3)在输出端处可以加一个反相器,使输出波形更稳定,不易失真。 1.6.2 收获体会 (1)在焊接之前一定要仔细看电路图,构思好整体布局。刚开始焊接的时候就 没注意到这一点,导致很乱,容易产
9、生错误。 (2)由于电路连接问题,导致实验失误,但在屡次调试中我们又认真的检查了 电路,最终才成功。 (3)学以致用。与理论课上的知识相结合,提高了自己的动手能力,对其有了 更深的理解,觉得自己很有成就感 (4)通过这次的的焊接电路板,并且调试成功,使我对下边的设计有了更充分 的准备 第 2 章红黄绿三色交通灯模拟器制作与调试 2.1 设计任务 设计一组红绿黄三色交通灯模拟器,要求:交通灯以“红、黄、绿、黄红、 黄、绿、黄 ”的规律循环变化。其中红灯持续30 秒,黄灯持续 10 秒, 绿灯持续 50 秒。并制作与调试 2.2 总体设计方案 为了达到交通灯“红、黄、绿、黄红、黄、绿、黄”的规 律
10、循环变化和红灯持续30 秒、黄灯持续 10 秒、绿灯持续 50 秒这两个目的。通 过查阅资料我们可以用十进制计数脉冲器和4069 六反相器集成电路来达到要 求。4069 输入一个周期为10 秒的脉冲。在4017 分配器的输出端经过或门电路 的组合,红灯由 3 个连续的输出端通过或门驱动, 绿灯由 5 个连续的输出端通过 或门驱动,从而得到 3 种颜色的灯光既能按照指定的顺序发光,又能满足每一种 颜色灯光要求的发光时间。 2.3 系统分析与设计 2.3.1 CD4017工作原理 7 十进制计数分频器4017,其内部由计数器及译码器两部分组成,由译码 输出实现对脉冲信号的分配,整个输出时序就是O0
11、 、O1 、O2 、 O9依次出现 与时钟同步的高电平,宽度等于时钟周期。4017有 10个输出端( O0 O9 )和 1 个进位输出端 O5-9。每输入 10个计数脉冲, O5-9 就可得到 1 个进位正脉冲, 该进位输出信号可作为下一级的时钟信号,故可直接用作顺序脉冲发生器。 每个 输出端后都接上一个二极管, 二极管再经过组合后串联上发光二极管。随着输出 端依次变为高电位电平, 其所串的二极管导通, 使二极管后所接的发光二极管发 光。 CD4017 输出高电平的顺序分别是、 脚,故、脚的高电平使红灯发光30 秒,脚的高电平使黄灯发光10 秒,、脚使绿灯发光50 秒,脚再次使黄灯发光10 秒
12、,从而 可模拟十字路口交通灯“红、黄、绿、黄红、黄、绿、黄 ”的规律循 环变化。图 1 为 CD4017引脚图,其中 Q0-Q9 计数脉冲输出端; CO :进位脉冲输 渊;CP :时钟输入端; CR :清除端; INH:禁止端。 VDD :正电源 VSS :地 图 2-1 CD4017 引脚图 2.3.2 CD4069工作原理 4069 六路反相器集成电路,它由三个多谐振荡器组成的。多谐振荡器是由 两个三极管反相器及电阻电容充放电电路组成的。随着电容器的充电和放电, 两只三极管交替地饱和与截止, 使两管的集电极周期性地在高电位和低电位之间 交替转换,输出连续的矩形脉冲。所以,多谐振荡器是一种矩
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