基于555信号发生器设计报告.pdf-资料库

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摘要使用题目指定的综合测试板上的 NE555 芯片和一片四运放 LM324 芯片制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、一次和三次正弦波。进行方案设计，制作出实际电路使其达到实验要求的各项指标。关键词 555 LM324 正弦波，矩形波，三角波，函数信号发生器

目录 1 引言......................................................................................................................................................1 2 任务与要求............................................................................................................................................3 2.1 设计任务：............................................................................................................................... 3 2.2 设计要求：................................................................................................................................ 3 3 各主要电路及部件工作原理............................................................................................................... 4 3.1 脉冲波产生电路：.................................................................................................................... 4 3.2 锯齿波发生电路：.................................................................................................................... 5 3.3 正弦波发生电路：.................................................................................................................... 9 3.4 二次正弦波发生电路：......................................................................................................... 12 4 原理总图............................................................................................................................................. 15 表 1-3 元器件清单................................................................................................................................ 16 6 调试过程及测试数据（或者仿真结果）......................................................................................... 16 6.1 通电前检查：......................................................................................................................... 17 6.2 仿真结果：............................................................................................................................. 17 6.3 实验结果分析：...................................................................................................................... 17 7 小结......................................................................................................................................................17 8 体会......................................................................................................................................................18 9 参考文献............................................................................................................................................. 18 2

1 引言各种电器设备要正常工作，常常需要各种波形信号的支持。电器设备中常用的信号有正弦波、矩形波、三角波等。在电器设备中，这些信号是由波形产生和变换电路来提供的。这种能够产生多种波形，如三角波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器产生的各种波形能满足现代测量、通信、自动控制和热加工、音视频设备及数字系统等对各种信号源的需求。例如设计和测试、汽车制造、生物医药、传感器仿真、制造模型等。在生产实践 2 任务与要求 2.1 设计任务：使用题目指定的综合测试板上的 NE555 芯片和一片四运放 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Ⅰ、正弦波Ⅱ的波形产生电路。给出方案设计、详细电路图和现场自测数据及波形。 2.2 设计要求： 1、同时四通道输出、每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ中的一种波形，每通道输出的负载电阻均为 600 欧姆。 2、四种波形的频率关系为 1:1:1:3（3 次谐波）；脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ输出频率范围为 8KHz～10KHz，输出电压幅度峰峰值为 1V；正弦波Ⅱ输出频率范围为 24KHz～30KHz，输出电压幅度峰峰值为 9V。脉冲波、锯齿波和正弦波输出波形应无明显失真（使用示波器测量时）。频率误差不大于 10%；通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于 5%。脉冲波占空比可调整。 3、电源只能选用+10V 单电源，由稳压电源供给，不得使用额外电源。 4、要求预留脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ和电源的测试端子。 5、每通道输出的负载电阻 600 欧姆应标清楚、至于明显位置，便于检查。 6、翻译：NE555 和 LM324 的数据手册（器件描述、特点、应用、绝对参数、电参数）。 3

3 各主要电路及部件工作原理 3.1 脉冲波产生电路：脉冲波由 NE555 芯片搭建的多稳态谐振器振动产生，频率可调，为 KHz 参考 NE555 芯片使用手册可知，芯片输出波形的峰峰值为 10V 左右。使用 Multisim 仿真的脉冲波产生电路如下图 1 所示。 10 ~ KHz 8 。图 1 脉冲波发生电路利用软件进行波形的仿真，得到脉冲波的图形如图 2 所示 4

图 2 脉冲波仿真波形 3.2 锯齿波发生电路：在锯齿波发生电路的设计中，原始方案是采用教材中的锯齿波发生电路，是通过调整积分电路的正向和反向时间常数的不同，对输入信号的脉冲波进行积分产生锯齿波（该电路是需要二极管的）。开始是按照这个思路进行仿真的。因为要同时调整正向和反向积分的时间常数，于是我们就想可以在调整脉冲波的输出频率的时候，只改变高电平或者低电平的持续时间，然后在锯齿波发生电路中选取合适的电容值，然后就可以讲正向或者反向的电阻值固定，只改变另一方向的电阻值就可以了。见图 3 是该方案的仿真电路图 3 锯齿波产生电路见图 1，是用 NE555 产生出脉冲波，然后通过锯齿波产生电路，这里仿真没 5

有选择功放为 LM324，未考虑 600 的负载电阻以及输出的峰峰值。脉冲波和锯齿波发生电路的参数取值如下 2 3 4  0.12 K R  1 1 K R  9 R K  10 R K   5 K RR   6 ( 3 K R  电位器 700 R   4 ( ) K R  电位器 20 01.0 CC C uf   1  ) 3 2 8 7 5 根据 NE555 芯片的使用手册，有以下有用公式： H   .0 (693 t (693 .0 t L period t  R  A ) CR B t  H L ) CR B .0  44.1 2  frequency  ( R A ) CR B (693 R A  2 ) CR B H  H 根据以上的公式，就可以计算出理论上的各种参数： waveform Output cycle duty  t _ _ _ t 1  t L R  B 2 R B R A  min 12((  )4  10 3 3 01.0)10   8 KHz  6  10 44.1 12  44.1 f f    .0 max t t t H min H max  L 3 6 3    3 12( 01.0)10 12 10 10   3 1 01.0)10 12(693 10 .0 10     3 12(( 10 )4 .0 693 01.0)10 1     3 6 10 01.0 1 693 10 9.6  uS     3   29.10 KHz 6 1.90 uS  10 117    6 8. uS 在对锯齿波进行仿真的时候，发现波形有些失真，上网查阅资料后得知要是 RC 常数跟脉冲波的时间相匹配才行。 RC 或 ( t H t L ) 去锯齿波发生电路的参数选择及计算过程如下： 6

取由 C  CR 1   R 1 min R 1 max R 2  6- uf01.0 t  H 1.90 10  6- 10 01.0  117 8. 10  6- 01.0 10  6- 10 9.6  01.0 10   6- 6-  K 9  8.11 K  690  如图 1 所示， 1R 为一个 K9 电阻和一个 K3 电位器组成， 2R 取 700 仿真结果见图 4 的锯齿波。图 4 锯齿波仿真波形从图 4 的波形中算出锯齿波的峰峰值为 Div /2 V  2.2 Div  4.4 V 由于要求负载电阻为 600 ，不能直接进行分压来控制峰峰值为 V1 ,再用功放来满足峰峰值的要求的话，LM324 的四功放无法满足整个电路的需求，因此这种锯齿波的单元电路就被放弃了，需要进行改进。查阅资料发现了在 NE555 芯片构成的脉冲波发生电路中就有锯齿波，只需要在该处输出，然后调整峰峰值便可以得到要求的锯齿波。改进后的电路仿真图如下图 5。 7

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