數(shù)字電路多諧振蕩器_圖文

1、數(shù)字電路設(shè)計報告設(shè)計課題:使用門電路產(chǎn)生脈沖信號自激多諧振蕩器專業(yè)班級:13電信卓越班學(xué)生姓名:陳軍波學(xué)號:130807002指導(dǎo)教師:許糧老師設(shè)計時間:2014年12月27日自激多諧振蕩器一、設(shè)計任務(wù)與要求1. 掌握使用門電路構(gòu)成信號脈沖信號產(chǎn)生電路的基本方法;2. 掌握影響輸出脈沖波形參數(shù)的定時原件數(shù)值的計數(shù)方法;3. 學(xué)習(xí)石英晶體穩(wěn)頻原理和使用石英晶體構(gòu)成振蕩器的方法;4.掌握555集成時基電路的基本應(yīng)用。二、方案設(shè)計與論證1.方案一、對稱型多諧振蕩器 2. 兩個反相器G1,G2 非稱型多諧振蕩器設(shè)計 3.方案三、石英晶體穩(wěn)頻的多諧振蕩器 圖3 石英晶體穩(wěn)頻多諧振蕩器4.方案四 使用55

2、5定時器接成的多諧振蕩器方波 圖4555構(gòu)成的多諧振蕩器三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算 如圖3所示。當(dāng)要求多諧振蕩器的工作頻率穩(wěn)定性很高時,上述幾種多諧振蕩器的精度已不能滿足要求。為此常用石英晶體作為信號頻率的基準(zhǔn)。用石英晶體與門電路構(gòu)成的多諧振蕩器常用來為微型計算機等提供時鐘信號。石英晶體具有很好的選頻特性。當(dāng)振蕩信號的頻率和石英晶體的固有諧振頻率相同時,石英晶體呈現(xiàn)很低的阻抗,信號很容易通過,而其它頻率的信號則被衰減掉。因此,將石英晶體串接在多諧振蕩器的回路中就可組成石英晶體振蕩器,這時,振蕩頻率只取決于石英晶體的固有諧振頻率f0,而與RC無關(guān)。另外,石英晶體不但頻率特性穩(wěn)定,而且品質(zhì)因數(shù)Q很

3、高,有極好的選頻特性。石英晶體的頻率穩(wěn)定度可達,可滿足大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)對頻率穩(wěn)定度的要求。所以,石英晶體振蕩器的周期為:T=RC取fo=32768HZ,R=1K,電容C=0.05uf4.由圖4可知,振蕩周期12T T T =+。1T 為電容充電時間,2T 為電容放電時間。 充電時間 11212(ln 20.7(T R R C R R C =+ 放電時間 222ln 20.7T R C R C =矩形波的振蕩周期121212ln 2(20.7(2T T T R R C R R C =+=+ 因此改變1R 、2R 和電容C 的值,便可改變矩形波的周期和頻率。對于矩形波,除了用幅度,周期來衡量外,還有

4、一個參數(shù):占空比q ,q=(脈寬w t /(周期T ,wt指輸出一個周期內(nèi)高電平所占的時間。圖(C 所示電路輸出矩形波的占空比111212122T T R R q T T T R R +=+。 取R1=R2=4.7K,電容C=Co=0.01uf四、總原理圖及元器件清單1.原理圖(1對稱型多諧振蕩器 電容充放電的等效電路圖 電路中各點的波形(2非對稱型多諧振蕩器 電路中各點的波形 電容的充放電等效電路 (3石英晶體穩(wěn)頻的多諧振蕩器 (4555構(gòu)成多諧振蕩器555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖(A 及管腳排列如圖(B 所示。 由555定時器組成的多諧振蕩器如圖

5、(1所示,其中R1、R2和電容C為外接元件。其工 2.元件清單表1 元件清單 五、仿真必須有仿真平臺、仿真圖或波形、仿真結(jié)論各方案仿真圖與仿真波形:(1對稱型多諧振蕩器 仿真結(jié)論:由仿真圖仿真可得,對稱多諧振蕩器可以產(chǎn)生自激振蕩,接通電源后不需要外加脈沖信號,便能自動的產(chǎn)生矩形脈沖。且輸出脈沖寬度由RC充放電時間決定。如果能合理取值,將得到要求的矩形脈沖信號。 (2非對稱型多諧振蕩器 仿真結(jié)論:由仿真圖仿真可得,非對稱多諧振蕩器可以產(chǎn)生自激振蕩,接通電源后不需要外加脈沖信號,便能自動的產(chǎn)生矩形脈沖。且輸出脈沖寬度由RC充放電時間決定。如果能合理取值,將得到要求的矩形脈沖信號。 (3石英晶體穩(wěn)頻

6、的多諧振蕩器 仿真結(jié)論:由仿真圖仿真可得,石英晶體多諧振蕩器可以產(chǎn)生自激振蕩,接通電源后不需要外加脈沖信號,便能自動的產(chǎn)生矩形脈沖。且輸出脈沖寬度由RC充放電時間決定。如果能合理取值,將得到要求的矩形脈沖信號。 (4555構(gòu)成的多諧振蕩器 仿真結(jié)論:由仿真圖仿真可得,555構(gòu)成的多諧振蕩器可以產(chǎn)生自激振蕩,接通電源后不需要外加脈沖信號,便能自動的產(chǎn)生矩形脈沖。且輸出脈沖寬度由RC充放電時間決定。如果能合理取值,將得到要求的矩形脈沖信號。 用示波器實際測量的波形六、安裝與調(diào)試1.電路安裝按照設(shè)計的仿真圖合理布局,焊接電路板。注意:焊接的時候有條件的話要先測量一下分立元件,以免出現(xiàn)不必要的錯誤。2

7、.電路調(diào)試按照設(shè)計的電路圖接好各電路,.打開示波器,接通電源,調(diào)節(jié)示波器至出現(xiàn)理想的波形。七、性能、功能測試與分析1、.功能電路測試與分析(1測試步驟1.將焊接好的電路板,接好示波器,芯片接好電源和地;2.檢查電路板是否按照設(shè)計的電路圖接好了,接地接電源,輸出等狀況;3.打開示波器,接通電源,調(diào)節(jié)示波器至出現(xiàn)理想的波形;4.記錄試驗波形和相關(guān)試驗數(shù)據(jù)。(1測試數(shù)據(jù)輸出脈沖周期T ,脈沖幅度Vm,脈沖寬度Tw,占空比q 等(2數(shù)據(jù)處理誤差計算1.對稱多諧振蕩器由示波器可得試驗數(shù)據(jù):f=64.23khz 幅值Vm=5*1=5VT1=1.6*50=80us T2=1*50=50us Tw=50usT

8、=T1+T2=130us =TTw q 38.46% 誤差計算:脈沖寬度 tw2=0.7RC=70us絕對誤差=7050-70=28.57% 2.非對稱多諧振蕩器數(shù)據(jù)處理由示波器可得試驗數(shù)據(jù):f=64.23khz 幅值Vm=3.6*1=3.6T1=2*5=10us T2=1*9=uf Tw=9usT=T1+T2=19us q=T Tw =199 =47.36% 此時的變位器u 電阻為R=730誤差計算: 脈沖寬度tw2=1.2RC=8.67us絕對誤差=%100*67.867.8-9=3.8% 3.石英晶體多諧振蕩器數(shù)據(jù)處理由示波器可得試驗數(shù)據(jù):f=32768hz4.555構(gòu)成的多諧振蕩器T

9、1=1t =370.5uS T 2=2t =249.0 uS T=T 1+T 2=619.5uS f= 1.605Z KH U 0=2.44V U c =2V R 1= 1.25K !0U =0.1V !c U =1V R 2=2.36K 由上原理中的周期公式計算理論周期和頻率:已知:C=0.15U F R 1=1.25K R 2=2.36K 1120.7(T R R C =+=379.1uS220.7T R C =247.8uS 12T T T =+=626.9uS01f T=1.595KH Z 得出實驗頻率的絕對誤差:00|r f f E f -=100%=0.6 % 實驗得出的波形如右圖

10、(F:輸出矩形波的占空比q =12122R R R R +=0.6 (5結(jié)論分析(包含誤差分析結(jié)論分析:由數(shù)據(jù)計算和示波器波形可知,在誤差允許的范圍內(nèi),對稱多諧振蕩器,非對稱多諧振蕩器,石英晶體振蕩器,555構(gòu)成的多諧振蕩器可以實現(xiàn)脈沖波形的產(chǎn)生和整形,并且可以自激振蕩,設(shè)計的電路成功輸出要求波形,實驗整體成功。簡單故障排除:(1排除方法介紹自激多諧振蕩器的檢修中,可采用靜態(tài)測試和動態(tài)測試。所謂靜態(tài)測試即在電路中A 點設(shè)置一斷點,此時可用萬用表直流電壓擋測量兩管集電極、基極對地電壓,若測得電壓很小,這表示兩管都工作在飽和區(qū),符合相關(guān)電路的設(shè)計條件。然后將斷點恢復(fù)接通,則電路產(chǎn)生自激振蕩,用萬用

11、表直流電壓擋測量兩管的集電極電壓,對于方波,若 Tk5=Tk6,則:Uc5=Uc6=Ec/2如果測量兩管的集電極電壓都很小(約0.3V ,則表明兩管均處于飽和狀態(tài),電路不起振,可檢查元件參數(shù)是否選對,裝配是否有誤。若電路振蕩頻率較低,則可用萬用表直接檢測Uc5、Uc6大小的變化誤差分析:(1電路板焊接的原件非精確的原件,致使實驗產(chǎn)生誤差;(2焊接電路板不規(guī)范,使測量誤差較大;(3使用示波器讀取數(shù)據(jù)時,人為因素的影響,使讀取數(shù)據(jù)誤差較大;(4由于測量儀器本身存在系統(tǒng)誤差,使實驗并不十分精確;(5處理數(shù)據(jù)時,取舍不當(dāng),而造成的實驗誤差等。八、結(jié)論(1多諧振蕩器巧妙地運用了電容的沖放電及與非門的通斷

12、條件把直流電轉(zhuǎn)換成脈沖信號,此脈沖信號經(jīng)放大,再經(jīng)變壓器變壓可實現(xiàn)直流電轉(zhuǎn)換成交流電。(2多諧振蕩器由門電路和阻容元件構(gòu)成,它沒有穩(wěn)定狀態(tài),只有兩個暫穩(wěn)態(tài),通過電容的充電和放電,使兩個暫穩(wěn)態(tài)相互交替,從而產(chǎn)生自激振蕩,輸出周期性的矩形脈沖信號。如要求輸出振蕩頻率很穩(wěn)定的矩形脈沖時,則可采用石英晶體振蕩器。由于矩形脈沖含有豐富的諧波分量,因此,常將矩形脈沖產(chǎn)生電路稱作多諧振蕩器。(3根據(jù)555定時器的功能特性,利用電容的充電需要一定的時間,經(jīng)元件組合,可成為一個定時智能電路,以及其它智能開關(guān)報警器等。(4石英晶體具有很好的選頻特性。當(dāng)振蕩信號的頻率和石英晶體的固有諧振頻率相同時,石英晶體呈現(xiàn)很低的阻抗,信號很容易通過,而其它頻率的信號則被衰減掉。因此,將石英晶體串接在多諧振蕩器的回路中就可組成石英晶體振蕩器,這時,振蕩頻率只取決于石英晶體的固有諧振頻率f0,而與RC無關(guān)。(5對稱多諧振蕩器由于電路完全對稱,電容器的充放電時間常數(shù)相同, 故輸出為對稱的方波。改變R和C的值,可以改變輸出振蕩頻率。(6仔細研究一下非對稱式多諧振蕩器就不難發(fā)現(xiàn),這是對稱多諧振蕩器電路的近一步簡化。只要在反饋環(huán)路中保留電容C2,電路就任然沒有穩(wěn)定狀態(tài),