NE5定时器构成的多谐振荡器
NE555定时器构成的多谐振荡器
一、原理
1、555定时器内部结构
555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路,其内部结构如图（A ）
及管脚排列如图（B ）所示。
A
∞
A
∞
它由分压器、比较器、基本R--S 触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5K 的等值电阻串联而成。分压器为比较器1A 、2A 提供参考电压，比较器1A 的参考电压为23
cc V ，加在同相输入端，比较器2A 的参考电压为
1
3
cc V ，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放1A 、2A 组成。高电平触发信号加在1A 的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R--S 触发器_
D R 端的输入信号；低电平触发信号加在2A 的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R —S 触发器_
D S 端的输入信号。基本R--S 触发器的输出状态受比较器1A 、2A 的输出端控制。
2、 多谐振荡器工作原理
由555定时器组成的多谐振荡器如图(C)所示，其中R 1、R 2和电容C 为外接元件。其工作波如图(D)所示。
设电容的初始电压c U ＝０，t ＝０时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触
发端TH V ＝TL V ＝０<1
3
ＶＣＣ，比较器Ａ1输出为高电平，Ａ２输出为低电平，即_
1D R =，
_0D S =（1表示高电位，0表示低电位），R S -触发器置１，定时器输出01u =此时_
0Q =，
定时器内部放电三极管截止，电源cc V 经1R ，2R 向电容Ｃ充电，c u 逐渐升高。当c u 上升到
1
3
cc V 时，2A 输出由０翻转为１，这时__1D D R S ==，R S -触发顺保持状态不变。
所以0 1t t =时刻，c u 上升到2 3 cc V ，比较器1A 的输出由１变为０，这时_0D R =，_ 1D S =，R S -触发器复０，定时器输出00u =。 12t t t <<期间，_ 1Q =，放电三极管Ｔ导通，电容Ｃ通过2R 放电。c u 按指数规律下降， 当c u <2 3 cc V 时比较器1A 输出由０变为１，Ｒ－Ｓ触发器的_D R =_ 1D S =，Ｑ的状态不变， 0u 的状态仍为低电平。 2t t =时刻，c u 下降到1 3 cc V ，比较器2A 输出由1变为0，R---S 触发器的_ D R =1， _ D S =0，触发器处于1，定时器输出01u =。此时电源再次向电容C 放电，重复上述过程。 通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出01u =，电容放电时，0u =0，电容不 断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波， 其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。 一、原理 1、555定时器内部结构 555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路,其内部结构如图（A ） 及管脚排列如图（B ）所示。 A ∞ A ∞ 它由分压器、比较器、基本R--S 触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5K Ω的等值电阻串联而成。分压器为比较器1A 、2A 提供参考电压，比较器1A 的参考电压为23 cc V ，加在同相输入端，比较器2A 的参考电压为 1 3 cc V ，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放1A 、2A 组成。高电平触发信号加在1A 的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R--S 触发器_ D R 端的输入信号；低电平触发信号加在2A 的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R —S 触发器_ D S 端的输入信号。基本R--S 触发器的输出状态受比较器1A 、2A 的输出端控制。 3、振荡周期 由图（D ）可知，振荡周期12T T T =+。1T 为电容充电时间，2T 为电容放电时间。 充电时间 11212()ln 20.7()T R R C R R C =+≈+ 放电时间 222ln 20.7T R C R C =≈ 矩形波的振荡周期121212ln 2(2)0.7(2)T T T R R C R R C =+=+≈+ 因此改变1R 、2R 和电容C 的值，便可改变矩形波的周期和频率。 对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数：占空比q ，q=（脉宽w t ） /（周期T ），w t 指输出一个周期内高电平所占的时间。图（C ）所示电路输出矩形波的占空 比1112 1212 2T T R R q T T T R R += ==++。 (1) 按右（G ）图连接好电路， 把电源电压调到最小以免烧坏会集成块 (2) 打开各电源调节按钮使 V CC =3V (3) 调节电源1使U TH 大于或 等于2V ，此时调节电源2使U TL 由大到小或由小到大，并观察万用表电压档的电压，当电压发生突然变化时，记录U TL 值及U 0相应值 (4) 同（3）测量U TH 小于2V 时相应的U TL 、U 0值 (5) 调节电源2使大于1V 或 小于1V ，同时改变U TH 值，观察U 0的变化，记录相应数据 （注：U TH 、、U TL 电压不能调得过大应不大于4V ，以免烧坏集成块） 测量多谐振荡器输出 波形特性 （1） 按（右）图连接好电路， 其中400K Ω为负载电阻。 （2） 把电源电压调到4.5V ， 调节2个5K Ω电位器的电阻，改变输出波形 参数，并判断1R 、2R 阻值与波形的关系 （3） 记录下一组波形参数（1t ?、2t ?、T 、f 、0U 、c U ），同时绘制所观察到的波形，最后 关掉电源，用万用表电阻挡测量此时1R 、2R 值。 3、 数据处理 （1）555定时器的特性（数据如下表1） 由实验的数据，可得到定时器3脚输出的电压受2、6脚电压的制约，当2、6脚电压V TL 、V TH 满足一定条件时3脚输出高电平，满足其他条件时，输出低电平，即表（2）中V TL 、V TH 与U 0的关系。 TH U (V) TL U (V) 0U (V) >2V 大→小 0.985 由0.040V 突变为1.20V 小→大 0.980 由0.35V 突变为0.043V <2V 大→小 0.975 由0.35V 突变为1.24V 小→大 1.000 由1.26V 突变为0.041V 0U 低电位 TH U 在0.5V 到4V 之间改变 >1V 保持原来的0.035V 左右 0U 高电位 TH U 在0.5V 到4V 之间改变 保持原来的1.41V 左右 0U 低电位 TH U 在0.5V 到4V 之间改变 <1V 保持原来的0.041V 左右 0U 高电位 TH U 在0.5V 到4V 之间改变 保持原来的1.26V 左右 （表1） TH U TL U 0U >23cc V >13cc V 低电位 >23 cc V <13 cc V 高电位 <23cc V >13cc V 保持原状态不变 <23 cc V >13 cc V 保持原状态不变 （表2） （2）555定时器构成的多谐振荡器 实验中得出某一组波形的数据如下： T 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 Ω !0U =0.1V !c U =1V R 2=2.36K Ω 由上原理中的周期公式计算理论周期和频率： 已知：C=0.15U F R 1=1.25K Ω R 2=2.36K Ω 1120.7()T R R C =+=379.1uS 220.7T R C ==247.8uS 12T T T =+=626.9uS 01 f T = =1.595KH Z 得出实验频率的相对误差： 00 || r f f E f -= ?100%=0.6 % 实验得出的波形如右图(F)： 输出矩形波的占空比 q = 12 12 2R R R R ++=0.6 5．实验分析 （1）多谐振荡器巧妙地运用了电容的冲放电及与非门的通断条件把直流电转换成脉冲信号， 此脉冲信号经放大，再经变压器变压可实现直流电转换成交流电。 （2）根据555定时器的功能特性，利用电容的充电需要一定的时间，经元件组合，可成为 一个定时智能电路，以及其它智能开关报警器等。 多谐振荡器双闪灯电路设计与制作 南昌理工学院张呈张海峰 我们主张，电子初学者要采用万能板焊接电子制作作品，因为这种电子制作方法，不仅能培养电子爱好者的焊接技术，还能提高他们识别电路图和分析原理图的能力，为日后维修、设计电子产品打下坚实的基础。 上一篇文章《电路模型设计与制作》我们重点介绍了电路模型的概念以及电流、电压、电阻、发光二极管、轻触开关等基本知识，并完成了电路模型的设计与制作，通过成功调试与测试产品参数，进一步掌握了电子基础知识。 本文将通过设计与制作多谐振荡器双闪灯，掌握识别与检测电阻、电容、二极管、三极管。掌握识别简单的电路原理图，能够将原理图上的符号与实际元件一一对应，能准确判断上述元件的属性、极性。 一、多谐振荡器双闪灯电路功能介绍 图1 多谐振荡器双闪灯成品图 多谐振荡器双闪灯电路，来源于汽车的双闪灯电路，是经典的互推互挽电路，通电后LED1和LED2交替闪烁，也就是两个发光二极管轮流导通。 完成本作品的目的是为了掌握识别与检测电阻、电容、二极管、三极管。掌握识别简单的电路原理图，能够将原理图上的符号与实际元件一一对应，能准确判断上述元件的属性、极性。。 该电路是一个典型的自激多谐振荡电路，电路设计简单、易懂、趣味性强、理论知识丰富，特别适合初学者制作。 二、原理图 图2 多谐振荡器双闪灯原理图 三、工作原理 本电路由电阻、电容、发光二极管、三极管构成典型的自激多谐振荡电路。在上篇文章中介绍了电阻、和发光二极管，本文只介绍电容和三极管。 1、电容器的识别 电容器,简称电容，用字母C表示，国际单位是法拉，简称法，用F表示，在实际应用中，电容器的电容量往往比1法拉小得多，常用较小的单位，如微法(μF)、皮法(pF)等，它们的关系是： 1法拉(F)=1000000微法(μF)，1微法(μF)=1000000皮法(pF)。 本的套件中使用了2个10μF的电解电容，引脚长的为正，短的为负；旁边有一条白色的为负，另一引脚为正。电容上标有耐压值上25V，容量是10μF。 2、三极管的识别 三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管，晶体三极管，是一种电流控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅值较大的电信号, 也用作无触点开关，俗称开关管。套件中使用的是NPN型的三极管9013，当把有字的面向自己，引脚朝下，总左往右排列是发射极E，基极B，集电极C。如图3所示。 图3 三极管的引脚图 晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。 晶体三极管的三种工作状态： （1）截止状态 当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。 课程设计--四花样彩灯控制器 2012 ~ 2013 学年第二学期 《数字电子技术》 课程设计报告 题目：四花样彩灯控制器 专业：电子信息工程 班级： 11 电信一班 姓名：孙叶林陶轮汪宏俊汪义涛王安 亚 王劲松王亮亮王向阳魏伟指导教师：周旭胜 电气工程系 2013年5月30日 任务书 课题名称四花样彩灯控制器 指导教师（职称）周旭胜 执行时间2012~ 2013 学年第 2学期第 14 周学生姓名学号承担任务 王安亚1109121033 设计总电路图1 汪宏俊1109121031 设计总电路图2 陶轮1109121030 负责对比两个总电路图 汪义涛1109121032 设计555时钟脉冲产生电路 王向阳1109121036 设计四种码产生电路 王劲松1109121034 设计输出电路 魏伟1109121037 设计开关电路 王亮亮1109121035 查找参考资料 孙叶林1109121029 负责写课程设计报告 设计目的 通过设计方案的比较，对比电路的复杂与简单，器件的市场价格等方面因素，来选择一种比较好的可行性设计方案 设计要求(1) 彩灯一亮一灭,从左向右移动； (2) 彩灯两亮两灭，从左向右移动； (3) 四亮四灭，从左向右移动； (4) 从1～8从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭； (5) 四种花样自动变换。 摘要 随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。优易LED全彩灯光控制系统由Color Edit编辑软件、主控器、分控器和LED光源组成，广泛应用于城市景观、风景名胜、道路桥梁、建筑轮廓、娱乐场所、户外广告、室内装饰等美化、亮化工程。 四花样自动切换的彩灯控制器，其电路简单、取材容易，而且被广泛地应用与现实生活当中。例如用于店面装饰可以增加其美观，吸引更多顾客。 在经过了几天紧张的电路焊接和调试，期间还进行了部分方案的修改和改进，现已实现了课程设计的主要任务和具体要求。 关键字：LED彩灯硬件电路 1石英晶体及其特性 (1) 1.1 石英晶体简介............................................... . ... 1.2石英晶体的阻抗频率特性...................................... 1 ... 2晶体管的部工作原理 (3) 3.晶体振荡器电路的类型及其工作原理 (4) 3.1串联型谐振晶体振荡器........................................ 4…??… 3.2并联谐振型晶体振荡器........................................ 6…??… 3.3泛音晶体振荡器................................................ 8 .. 4 确定工作点和回路参数（以皮尔斯电路为例） (10) 4.1主要技术指标 (10) 4.2确定工作点 (10) 4.3交流参数的确定 (11) 5提高振荡器的频率稳定度........................................... 1 2 6.总结 (13) 参考文献：........................................................ 1.4 Word 文档 1石英晶体及其特性 1.1石英晶体简介 石英是矿物质硅石的一种，化学成分是Sio2,形状是呈角锥形的六棱结晶体，具有各向异性的物理特性。按其自然形状有三个对称轴，电轴X,机械轴丫光轴Z。石英谐振器中的各种晶片，就是按与各轴不同角度，切割成正方形、长方形、圆形、或棒型的薄片，如图1的AT、BT、CT、DT 等切型。不同切型的晶片振动型式不，性能不同 1.2石英晶体的阻抗频率特性 石英谐振器的电路符号和等效电路如图121。C0称为静态电容，即晶体不振动时两极板间的等效电容，与晶片尺寸有关，一般约为几到几十pF。晶体作机械振动时的惯性以Lq、弹性用Cq振动时因磨擦造成的损耗用Rq来等效，它们的数值与晶片切割方位、形状和大小有关, 一般Lq为10 3102H，Cq为10 410 1pF，Rq 在几一几百欧之间。它 实验题目：用555定时器设计一个时钟信号源，频率为f=1KHz，占空比为60%。 实验报告： 一、实验相关信息 1、实验日期： 2、实验地点： 二、实验内容 用555定时器设计一个时钟信号源，频率为f=1KHz，占空比为60%。 三、实验目的 1、了解555定时器的工作原理和电路结构； 2、掌握555定时器的典型应用。 三、实验设备、元器件 1、实验仪器：（写清型号） 2、实验元器件： 四、理论计算 （1）555多谐震荡器电路结构 图1 多谐振荡器 （2）工作波形 （3）工作过程简述 接通电源后，电容C 被充电，νc 上升，当νc 上升到 Vcc 32 时，触发器被复位，同时 放电T 导通，此时 νo 为低电平，电容C 通过R 2 和T 放电，使νc 下降，当νc 下降到Vcc 31 时，触发器又被复位，νo 为高电平。电容C 放电所需时间为 C R C R t PL 227.02ln ≈= （1） 当电容C 放电结束时，T 截止，Vcc 将通过R 1、R 2向电容C 充电，νc 由Vcc 31上升到Vcc 32所需时间为 C R R C R R t PH )(7.02ln )(2121+≈+= （2） 当νc 上升到Vcc 32 时，触发器由发生翻转，如此周而服始，在输出端就得到一个周期 性的方波，其频率为 C R R t t f PH PL )2(43.1121+≈+= （3） %100)2((%)212 1X R R R R t t t q PH PL PH ++=+= （4） （4）占空比可调电路结构 对于图1电路结构占空比固定不变，要得到占空比可调的周期方波，对其电路改进，如图2所示。 由（4）式可知，占空比始终大于50%，要得到占空比小于50%的方波，只要在输出端加一个反向器即可。 摘要 自激式振荡器是在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅值的交变能量电路。正弦波振荡器的作用是产生频率稳定、幅度不变的正弦波输出。基于频率稳定、反馈系数、输出波形、起振等因素的综合考虑，本次课程设计采用电容三点式振荡器，运用multisim软件进行仿真。根据静态工作点计算出回路的电容电感取值，得出输出频率与输出幅度有效值以达到任务书的要求。 关键词：电容三点式；振荡器；multisim； 目录 1、绪论 (1) 2、方案的确定 (2) 3、工作原理、硬件电路的设计和参数的计算 (3) 3.1 反馈振荡器的原理和分析 (3) 3.2. 电容三点式振荡单元 (4) 3.3 电路连接及其参数计算 (5) 4、总体电路设计和仿真分析 (6) 4.1组建仿真电路 (6) 4.2仿真的振荡频率和幅度 (7) 4.3误差分析 (8) 5、心得体会 (9) 参考文献 (10) 附录 (10) 附录Ⅰ元器件清单 (10) 附录Ⅱ电路总图 (11) 1、绪论 振荡器是不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的，只有这样才能使振荡维持 下去。选频网络则只允许某个特定频率0f能通过，使振荡器产生单一频率的输出。 振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的；一个是反馈电压 U和输入电压i U要相等，这是振幅平衡条件。二是f U和i U必须相位相同，这是相位f 平衡条件，也就是说必须保证是正反馈。一般情况下，振幅平衡条件往往容易做到，所以在判断一个振荡电路能否振荡，主要是看它的相位平衡条件是否成立。 本次课程设计我设计的是电容反馈三点式振荡器，电容三点式振荡器，也叫考毕兹振荡器，是自激振荡器的一种，这种电路的优点是输出波形好。电容三点式振荡器是由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成。因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三个管脚分别相接而得名。 本课题旨在根据已有的知识及搜集资料设计一个正弦波振荡器，要求根据给定参数设计电路，并利用multisim仿真软件进行仿真验证，达到任务书的指标要求，最后撰写课设报告。报告内容按照课设报告文档模版的要求进行，主要包括有关理论知识介绍，电路设计过程，仿真及结果分析等。 主要技术指标：输出频率9 MHz，输出幅度（有效值）≥5V。 双三极管多谐振荡器电路工作原理 双三极管多谐振荡器 电路工作原理 多谐振荡器电路是一种矩形波产生电路.这种电路不需要外加触发信号,便能连续地, 周期性地自行产生矩形脉冲.该脉冲是由基波和多次谐波构成,因此称为多谐振 荡器电路. 电路结构 1.路图 2.把双稳态触发器电路的两支电阻耦合支路改为电容耦合支路.那么电路就没有稳 定状态,而成为无稳电路 3.开机:由于电路参数的微小差异,和正反馈使一支管子饱和另一支截止.出现一个暂 稳态.设Q1饱和,Q2截止. 工作原理 正反馈: Q1饱和瞬间,VC1由+VCC 突变到接近于零,迫使Q2的基极电位VB2瞬间下 降到接近 —VCC,于是Q2可靠截止. 注：为什么Q2的基极产生负压，因为Q1导通使Q1 集电极的电压瞬间接近于零，电容C1的 正极也接近于零，由于电容两边电压不能突变使得电容的负端为—VCC。 2.第一个暂稳态: C1放电: C2充电: 3.翻转:当VB2随着C1放电而升高到+0.5V时,Q2开始导通,通过正反馈使Q1截止,Q2饱和. 正反馈: 4.第二个暂稳态: C2放电: C1充电: 5.不断循环往复,便形成了自激振荡 6.振荡周期: T=T1+T2=0.7(R2*C1+R1*C2)=1.4R2*C 7.振荡频率: F=1/T=0.7/R2*C 8..波形的改善: 可以同单稳态电路,采用校正二极管电路 下面我们来做一个实验：如图 振荡周期: T=1.4R2*C=1.4*10000Ω*0.00001F=0.14s=140ms 此图利用Multisim仿真软件去求出时间与实际的偏差 数据测量图：此图测量了Q2的基极和集电极极，集电极的波形相当于图的矩形波，基极波形相当于图的锯齿波。 多谐振荡器双闪灯电路设计与制作 一、电路设计功能介绍 这是电子技术入门者要做的第一个电子产品，做这个产品的主要目的是为了学会识别与检测电阻、电容、二极管、三极管。学会识别简单的电路原理图，能够将原理图上的符号与实际元件一一对应，能准确判断上述元件的属性、极性。 分立元件双闪灯电路，来源于汽车的双闪灯电路，是经典的互推互挽电路，通电后LED1和LED2交替闪烁也就是两个发光二极管轮流导通。 二、多谐振荡器双闪灯电路原理图 三、多谐振荡器双闪灯电路工作原理 该电路是一个典型的自激多谐振荡电路，套件电路简单、易懂、趣味性强、理论学习知识丰富，特别适合初学者制作。 工作原理：当接通电源后，两只三极管就要争先导通，但由于元器件的差异性，只有某一只管子最先导通。然后电路中两只三极管便轮流导通和截止，两只发光二极管就不停地循环发光。改变阻值或电容的容量可以改LED闪烁的速度。 电路通电时，假设V1优先导通，则C1通过R1开始充电，由于充电时电容相当于短路，所以V2基极近似接地，故V2截止。此时LED1点亮，LED2熄灭。当C1充电毕，V2基极为高点平，故导通，LED被点亮，同时C1上电荷被泄放，V1截止，LED1熄灭。C2通过R2充电，充电毕V1又导通，电路如此循环，两个LED交替闪烁。四、多谐振荡器双闪灯电路元件清单及实物图 双闪灯元件清单实物图 五、调试技巧及成品图 双闪灯电路安装成功后，接上5V直流电压，或者用三节5号电池供电。如下图所示： 正常情况下，可以观察到二只LED发光二极管轮流闪烁，如果没有出现我们需要的功能，应该从以下几个方面调试、检修。 1、检测焊接线路是否正常连通，可用万用表检测每条线路是否导通。因为初次焊接的时候，经常出现虚焊、假焊、漏焊等焊接故障。 2、检测每个元件是否安装正确，特别是发光二极管的正负极性是否正确。 3、用万用表测试电源电压是否正常。 4、发光二极管的限流电阻是否用错，初学者容易把220欧姆的电阻与100K欧的电阻搞混了。 5、测试下电容C1、C2的正极的电压是否改变，如果没有改变要检测三极管是否焊接正确。 经过上面几个步骤的检测，相信一定能排除故障，实现我们需要的目的。 主要焊接毛病有： 1、堆积 2、虚焊 3、尖角 电子技术课程设计 课程设计任务书 20 16 - 20 17学年第一学期第18周—19周 题目《路灯控制器》 内容及要求 ①设计一个路灯控制自动照明的电路 ②当日照光亮到一定程度时使灯自动熄灭，而日照光暗到一定程度时又能自 动点亮。开启和关断的日照光照度根据用户进行调节。 ③设计计时电路，用数码管显示路灯当前一次的连续开启时间。 ④设计计数显示电路，统计路灯的开启次数。 进度安排 1、查资料，确定方案（三 天） 2、方案设计（天） 3、仿真调试 （二 天） 4、硬件实现与调试 （三 天） 5 、 撰写课程设计报告并答辩（天）学生姓名: 目录 前言 (3) 一选题背景 (4) 1．1 设计要求 (4) 1．2 指导思想 (4) 二方案论证 (5) 2．1 方案说明 (5) 2．2 方案原理 (5) 三电路的设计与分析 (6) 3 . 1 电路原理框图. (6) 3．2单元电路的设计与分析. (6) 四. 电路的调试与分析 (13) 4．1调试使用的仪器. (13) 4．2 电路的调试 (13) 五．总结 (15) 5．1 设计体会 (15) 5．2 改进提高 (15) 六. 附录及参考文献 (16) 6.1 附录1 元器件清单. (16) 6.2 附录2 电路的原理图. (16) 6.3 附录3 实物图 (17) 6.4 参考文献 (18) 、八、- 前言 在现代城市中，效率意识日益突出，人们希望不需要人力资源的浪费，希望使效率合理使用最大化。因此，自动路灯控制器是实现无人管理自动开关的重要设计。本课程设计的任务就是设计一个路灯控制器。鼓励学生在熟悉基本原理的前提下，与实际应用相联系，提出自己的方案，完善设计。 题目：基于protel 99的石英晶体 振荡器设计 学生姓名：刘菲 学生学号： 1214030219 系别：电气信息工程学院 专业：通信工程 年级： 12级 任课教师：井田 电气信息工程学院制 基于Protel99的石英晶体振荡器 学生：刘菲 指导老师：井田 电气信息工程学院12级通信工程2班 摘要 Protel设计系统是世界上第一套将EDA环境引入到Windows环境中的EDA开发工具，是具有强大功能的电子设计CAD软件，它具有原理图设计、印刷电路板（PCB）、设计层次原理图设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是进行电子设计最有用的软件之一。是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上。 石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。 本次实验课设是设计一个简易的石英晶体振荡器，并利用Protel 99 SE对其原理图进行绘制，PCB图制作 关键字：Protel设计；石英晶体振荡；原理图绘制；PCB制作 定时器构成的多谐振荡 器 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT 多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。 一、用555定时器构成的多谐振荡器 1.电路组成： 用555定时器构成的多谐振荡器电路如图6-11（a）所示：图中电容C、电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接R1、R2相连处，用以控制电容C的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过电容接地。 2.工作原理： 多谐振荡器的工作波形如图6-11(b)所示： 电路接通电源的瞬间，由于电容C来不及充电，Vc=0v，所以555定时器状态为1，输出Vo为高电平。同时，集电极输出端（7脚）对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳态I，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。暂稳态Ⅰ的维持时间，即输出Vo的正向脉冲宽度T1≈(R1+R2)C；暂稳态Ⅱ的维持时间，即输出Vo的负向脉冲宽度T2≈。 因此，振荡周期T=T1+T2=(R1+2R2)C，振荡频率f=1/T。正向脉冲宽度T1与振荡周期T之比称矩形波的占空比Ｄ，由上述条件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2>>R1，则D≈1/2，即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波（方波）。 二、多谐振荡器应用举例： 1.模拟声响发生器： 将两个多谐振荡器连接起来，前一个振荡器的输出接到后一个振荡器的复位端，后一个振荡器的输出接到扬声器上。这样，只有当前一个振荡器输出高电平时，才驱动后一个振荡器振荡,扬声器发声；而前一个振荡器输出低电平时，导致后面振荡器复位并停止震荡,此时扬声器无音频输出。因此从扬声器中听到间歇式的"呜......呜"声响。 2.电压——频率转换器： 目录要....................................................................................................................................................... 2摘......................................................................................................................................... 41 设计任务和要求...................................................................................................................................... 4.1.1：设计任务.................................................................................................................................... 4：设计要求.1.2 ........................................................................................................................................ 4方案比较与论证.2 .......................................................................................................................... 4 .：稳压电源通常由 2.1.................................................................................................................................... 8 .2.2 ：方案论证错误！未定义书签。硬件设计. (3) .................................................................................................. 错误！未定义书签。3.1 ：设计思想............................................................................................... 错误！未定义书签。3.2 ：称功能模块.系统仿真.. (84) .................................................................................................................... 8：仿真原理图如下：.4.1 错误！未定义书签。................................................................................................................ 5系统的组装............................................................................................... 错误！未定义书签。PCB版板图.：5.1 ......................................................................................................................................................... 96 结论：错误！未定义书签。参考文献：................................................................................................................... .................................................................................................. 错误！未定义书签。附录一：电路原理图.错误！未定义书签。：元件列表................................................................................................................... 实验四石英晶体振荡器 一、实验目的 1、熟悉石英晶体振荡器的基本工作原理； 2、掌握静态工作点对晶体振荡器工作的影响。 3、掌握晶体振荡器频率稳定度高的特点，了解晶体振荡器工作频率微调的 方法。 二、实验原理 1、电路与工作原理 一种晶体振荡器的交流通路如图4-1所示。若将晶体短路,则L1、C2、C3就构成了典型的电容三点式振荡器(考毕兹电路)。因此，图4-1的电路是一种典型的串联型晶体振荡器电路（共基接法）。若取L1=4.3μH、C2=820pF、C3=180pF，C4=20nF，则可算得LC并联谐振回路的谐振频率f≈6MHz，与晶体工作频率相同。图中，C4是微调电容，用来微调振荡频率 C5是耦合电容，R5是负载电阻。很显然，R5越小，负载越重，输出振荡幅度将越小。 图4-1 晶体振荡器交流通路 2、实验电路 如图4-2所示。1R03、1C02为去耦元件，1C01为旁路电容，并构成共基接法。1W01用以调整振荡器的静态工作点（主要影响起振条件）。1C05为输出耦合电容。1Q02为射随器，用以提高带负载能力。实际上，图4-2电路的交流通路即为图4-1所示的电路。 三、实验内容 1、观察振荡器输出波形，测量振荡频率和振荡电压峰值Vp-p。 2、观察静态工作点等因素对晶体振荡器振荡幅度和频率的影响。 四、实验步骤 （一）模块上电 将晶体振荡器模块⑤，接通电源，此时电源指示灯点亮。 （二）测量晶体振荡器的振荡频率 把示波器接到1P01端，顺时针调整电位器1W01，以改变晶体管静态工作点，读取振荡频率（应为6MHZ）。 （三）观察静态工作点变化对振荡器工作的影响 第八章 脉冲波形的产生与整形 在数字电路或系统中，常常需要各种脉冲波形，例如时钟脉冲、控制过程的定时信号等。这些脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种则是通过对已有信号进行变换，使之满足系统的要求。 本章以中规模集成电路555定时器为典型电路，主要讨论555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器以及555定时器的典型应用。 8.1 集成555定时器 555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。 目前生产的定时器有双极型和CMOS 两种类型，其型号分别有NE555（或5G555）和C7555等多种。通常，双极型产品型号最后的三位数码都是555，CMOS 产品型号的最后四位数码都是7555，它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。 一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS 定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为5～16V ，最大负载电流可达200mA ；CMOS 定时器电源电压变化范围为3～18V ，最大负载电流在4mA 以下。 一． 555定时器的电路结构与工作原理 1．555定时器内部结构： （1）由三个阻值为5k Ω的电阻组成的分压器； （2）两个电压比较器C 1和C 2： v +＞v －，v o =1； v +＜v －，v o =0。 （3）基本RS 触发器； （4）放电三极管T 及缓冲器G 。 2．工作原理。 当5脚悬空时，比较器C 1和C 2的比较电压分别为cc V 32和cc V 3 1 。 （1）当v I1>cc V 32，v I2>cc V 31 时，比较器 C 1输出低电平，C 2输出高电平，基本RS 触发 器被置0，放电三极管T 导通，输出端v O 为低电平。 （2）当v I1 实验三多谐振荡器和计数器的设计 一、实验目的 1、学会用Multisim7 的总线功能设计电路； 2、学会Multisim7 虚拟仪器逻辑分析仪的使用； 3、掌握用555 电路设计振荡器的方法； 4、掌握集成同步十进制计数器74LS160 的逻辑功能，用置零法和置数法设计其它 进制计数器。 二、实验原理及参考图 1、555 定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器，其管脚图如图4-3.1 所示。 2、集成同步十进制计数器74LS160 除了十进制加法功能之外，还有同步预置数、异步置零和保持功能，其管脚图如图4-3.2 所示，其功能表如表4-3.2 所示。74LS160通过置零法和置数法可以构成其它进制计数器。 置零法的原理：当计数器从零开始，计数到某个状态时，令它跳过后面的其它状态，直接置零，重新开始计数。 置数法的原理：通过给计数器重复置入某个数值，使计数器跳过若干个状态。 图 4-3.1 图4-3.2 三、实验内容与步骤 1、多谐振荡器的设计 （1）、用555 电路设计一个输出频率可调范围为100Hz～10KHz 的多谐振荡器；（2）、根据设计值，选择元件并设置好参数、连接好电路； （ 3）、用示波器观察输出波形，并测量输出信号的频率范围，与设计值进行比较，讨论产生误差的原因。 当输入电阻为R2=4997500Ω 时，获取100HZ的振荡器。 实际输出波形的周期为T=10.038ms； 其误差为（100-1/10.038*1000）/100*100％=0.38％; 当输入电阻为R2=47500Ω 时，获取10KHZ的振荡器； 实际输出波形的周期为T=117.424us； 其误差为（10000-1/117.424*1000000）/10000*100％=14.84％； 误差分析：当输入频率较小时，相对误差小；频率大，则具有较大的误差。如上原理图显示，电容C1的取值Q=1/(Ln3-Ln1.5)，而实际取值为1.4427nF,无法消除所有的计算误差。所以，在获取较大频率值时，误差得到放大，使实际产生的数据不准确。这就是100HZ和10KHZ误差大小的原因之一。二来实现硬件电路的元器件本身数值不是准确的，存在相对误差，从而引起波形频率不准确。 2、计数器的设计 （1）、用置零法将74LS160 连接成七进制计数器，输出QD、QC、QB、QA 接数码管 及逻辑分析仪； 实验2 正弦波振荡器（LC振荡器和晶体振荡器） 一．实验目的 1.掌握电容三点式LC振荡电路和晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件的功能； 2.掌握LC振荡器幅频特性的测量方法； 3.熟悉电源电压变化对振荡器振荡幅度和频率的影响； 4.了解静态工作点对晶体振荡器工作的影响，感受晶体振荡器频率稳定度高的特点。二．实验内容 1.用示波器观察LC振荡器和晶体振荡器输出波形，测量振荡器输出电压峰-峰值，并以频率计测量振荡频率； 2.测量LC振荡器的幅频特性； 3.测量电源电压变化对振荡器的影响； 4.观察并测量静态工作点变化对晶体振荡器工作的影响。 三．实验步骤 1.实验准备 插装好LC振荡器和晶体振荡器模块，接通实验箱电源，按下模块上电源开关，此时模块上电源指示灯点亮。 2.LC 振荡实验（为防止晶体振荡器对LC振荡器的影响，应使晶振停振，即将3W03顺时针调到底。） （1）西勒振荡电路幅频特性的测量 3K01拨至LC振荡器，示波器接3TP02，频率计接振荡器输出口3P02。调整电位器3W02，使输出最大。开关3K05拨至“P”，此时振荡电路为西勒电路。四位拨动开关3SW01分别控制3C06（10P）、3C07（50P）、3C08（100P）、3C09（200P）是否接入电路，开关往上拨为接通，往下拨为断开。四个开关接通的不同组合，可以控制电容的变化。例如开关“1”、“2”往上拨，其接入电路的电容为10P+50P=60P。按照表2-1电容的变化测出与电容相对应的振荡频率和输出电压（峰-峰值V P-P），并将测量结果记于表中。 表2-1 根据所测数据，分析振荡频率与电容变化有何关系，输出幅度与振荡频率有何关系，并 多谐振荡器设计报告 一、实验要求 产生矩形波的频率可以通过电压控制，实现压控振荡。并且在电压调整的过程中波形不会出现振荡、过冲、毛刺等不稳定现象，能够稳定地产生方波。设计报告中应该包括电路截图、仿真截图、仿真分析等实验数据。 二、多谐振荡器相关简介 随着电子产业的发展以及要求,各种稳定的波形产生器成为不可缺少的一部分,而方波是其中比较有代表性的一个波形。方波在各个行业及日常生活中得到了广泛的应用，如电路中的定时器、分频器、脉冲信号发生器等都需要方波产生电路。而多谐振荡器则是一种在接通电源后，就能产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器，常作为脉冲信号源。由于多谐振荡器在工作过程中没有稳定状态，故又称为无稳态电路。尽管多谐振荡器有多种电路形式，但它们都具有以下结构特点：电路由开关器件和反馈延时环节组成。开关器件可以是逻辑门、电压比较器、定时器等，其作用是产生脉冲信号的高、低电平。反馈延时环节一般为RC电路，RC电路将输出电压延时后，恰当地反馈到开关器件输入端，以改变其输出状态。 三、实验方案确定 本次实验是通过施密特触发器与晶体管来构成多谐振荡器电路的开关器件，RC电路来构成反馈延时环节,再加入电压控制部分实现振荡频率的控制。 四、实验内容 1、施密特触发器的制作 a、原理图简要分析。电路主要部分为Q2管与Q3管两个导向器相连，再在输入与输出两个端口加上Q1管与Q4管构成的射极跟随器进行隔离，从而得到更好的频率特性，使输出的波形不会出现毛刺、过冲、振荡等不稳定现象，并且在压控电路中不会对其它部分有较大影响。其电路图如下： b、施密特电路调试。为了使电路能够很好地工作，分析原理图可知，电路的上下门限电压由电阻RC1、RC2、RE决定，而射极跟随器的射极电阻RE1与RE2主要影响电路的输入与输出阻抗，同时对电路的频率特性也有一定的影响。因此，在电路仿真调试的过程可以有目的性的进行元器件参数设置。电路调试的截图如下： 课程设计报告 课题名称_____通信电子线路课程设计_ 学院电子信息学院 专业 班级 学号 姓名 指导教师 目录 摘要 ............................................................................................ I 1绪论.. (1) 2正弦波振荡器 (2) 2.1 反馈振荡器产生振荡的原因及其工作原理 (2) 2.2平衡条件 (3) 2.3起振条件 (3) 2.4稳定条件 (4) 3电感三点式振荡器 (5) 3.1三点式振荡器的组成原则 (5) 3.2电感三点式振荡器 (5) 3.3 振荡器设计的模块分析 (6) 4 仿真与制作 (10) 4.1仿真. (10) 4.2分析调试 (12) 5 心得体会...................................13= 参考文献 (14) 摘要 反馈振荡器是一种常用的正弦波振荡器，主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成。按照选频网络所采用元件的不同，正弦波振荡器可分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型。本文介绍了高频电感三点式振荡器电路的原理及设计，电感三点式容易起振，调整频率方便，变电容而不影响反馈系数。 正弦波振荡器在各种电子设备中有着广泛的应用。例如，无线发射机中的载波信号源，接收设备中的本地振荡信号源，各种测量仪器如信号发生器、频率计、fT测试仪中的核心部分以及自动控制环节，都离不开正弦波振荡器。根据所产生的波形不同，可将振荡器分成正弦波振荡器和非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波，后者能产生矩形波、三角波、锯齿波等。 本文将简单介绍一种利用一款名为Multisim 11.0的软件作为电路设计的仿真软件，电容电感以及其他电子器件构成的高频电感三点式正弦波振荡器。电路中采用了晶体三极管作为电路的放大器，电路的额定电源电压为5.0 V，电流为1~3 mA，电路可输出输出频率为8 MHz（该频率具有较大的变化范围）。 关键词：高频、电感、振荡器 555多谐振荡器工作原理FROM维库 集成555定时器多谐振荡器 1．多谐振荡器 的工作原理 多谐振荡器 是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。 由555定时器 构成的多谐振荡器如图1所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。 由于接通电源 瞬间，电容C来不及充电，电容器 两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管 VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc 时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数T充=（R1＋R2）C。 由于放电管VT导通，电容C通过电阻 R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数T 放＝R2C0随着C的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出uo。为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc 之间变化。图1（b）所示为工作波形。 实验二自激多谐振荡器闪光灯 ---多谐振荡电路的原理 一、实验目的： 1.了解多谐振荡电路的内部结构及各部件的作用， 2.通过实验验证巩固所学理论知识 二、实验仪器： 1. 示波器一台 2. 2. 发光二极管两个 3.电容器两个 4.可变电阻四个 5.三极管两个 三、实验原理： 多谐振荡电路是一种矩形波产生电路。这种电路不需要外加触发信号,便能连续地, 周期性地自行产生矩形脉冲。该脉冲是由基波和多次谐波构成,因此称为多谐振荡器电路。（可以用门作比喻，多谐振荡器输出端时开时闭的状态可以把多谐振荡器比作宾馆的自动旋转门，它不需要人去推动，总是不停的关门开门）（图1为电路结构原理图） 图 1 工作状态图 它是一个典型的分立元件集基耦合多谐振荡器。它有两个晶体管反相器经RC电路交叉耦合接成正反馈电路组成。两个电容器交替冲放电使两管交替导通和截止，使电路自动地从一个状态自动翻转到另个状态，形成自激振荡。此电路可由双稳态触发器电路中的两支电阻耦合支路改为电容耦合支路得到。那么双稳态电路就变成没有稳定状态,即多谐振荡电路为无稳电路。 电路两边是对称的。接通电源后，两管均应导通。为便于分析，假定因某种因素影响，i C1有上升趋势，那么就会发生如下的正反馈循环过程： i C1↑→uR C1↑→u A1↓→u b2↓→i b2↓→i C2↓→uR C2↓→u A2↑┐ ↑---------------------------------------------------------i b1↑←u b1↑←┘ 致使T1迅速饱和，VC1由+EC突变到接近于零，u A1为低电平；T2迅速截止，迫使BG2的基极电位VB2瞬间下降到接近-EC，u A2为高电平。此后，一方面C2将通过R C2、T1的be结构成的回路充电（电压极性左负右正）；另一方多谐振荡器双闪灯电路设计与制作
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