Ben 科 毕 业 论 文
Ti 目: 多谐振荡器的设计
Xue 院: 物理与电子信息学院
Zhuan 业: 电子信息科学与技术
Nian 级: 2009级1班
Xing 名: 张健
指导教师: 包常明
Wan成日期: 2012-5-16
目 录
Zhong文摘要及关键词??????????????????????1 英文摘要及关键词 ?????????????????????2 引 言 ??????????????????????????????3
Yi、多谐振荡器的组成结构及原理 ???????????????3
1.1多谐振荡器的结构特点 ????????????????3
1.2多谐振荡器电路中的反馈 ????????????????4
1.3多谐振荡器电路中的放大环节????????????6
1.4多谐振荡器电路中的稳幅环节 ?????????6
1.5多谐振荡器的工作原理 ????????????????6
Er、多谐振荡器电路的设计 ?????????????????9
2.1分立元件设计的电路 ??????????????????9
2.2电路器件参数设置??????????????????9
2.3电路板图的印刷制作 ???????????????10
2.4多谐振荡器电路的安装 ?????????????11
San、多谐振荡器电路的调试及检测 ???????????????11
3.1多谐振荡器电路的调试 ???????????????11
3.2多谐振荡器电路的检测 ??????????????11
Si、结束语 ????????????????????????12 参考文献 ????????????????????????13 致 谢 ???????????????????????????14 简 历???????????????????????????15
摘 要
Duo谐振荡器是一种不用外加触发信号,就能自Dong的周期性变换,产生一定幅值和宽度的矩形Bo的自激振荡器,又称矩形波发生器。“多谐”指的是输出的矩形波中不仅含有基波成分,Huan包括丰富的多次谐波。它是通过深度正反馈,运用阻容耦合让两个电子元器件交替的导通Huo截止,从而产生自激振荡,输出方波的振荡Qi,其常作为矩形波发生器使用。在运行过程Dang中,由于多谐振荡器只存在两个暂稳态(饱He或截止)而没有稳定状态,所以电路就在这Liang个暂稳态之间自动地交替翻转,又称为无稳Tai电路。故常被用作脉冲信号源及时序电路中De时钟信号使用。
Er文中介绍的多谐振荡器主要是使用分立元件(放大器)设计的。
Guan键词:多谐振荡器;正/负反馈;放大器
Abstract
Multivibrator is a need for any external trigger signal can be periodically automatically flip to produce amplitude and width of the rectangular wave of self-excited oscillator, also known as square wave generator. The meaning of "harmony" is outside the rectangle Boji Bo ingredients, rich in high-order harmonic components. It is through the depth of positive feedback, application of resistive and capacitive coupling of the turn of the conduction cut-off of two electronic devices, thereby creating a self-oscillating output square wave oscillator, often used as a square wave generator. At runtime, because the multivibrator exist only two temporary steady-state and steady state, the circuit automatically in between these two temporary steady state alternate, resulting in a rectangular wave pulse signal, often as a pulse signal the clock signal source and timing circuit.
Frequently used in the simulation of digital systems multivibrator. Multivibrator need for external trigger signal can be generated on the rectangular wave of a certain frequency and a certain width, the output waveforms for the circuit of the clock signal source. TTL or CMOS gate circuit of the multivibrator is frequently used in the actual application process,
This article describes the multivibrator is to use discrete components (amplifier) design.
Key word: Multivibrator;positive / negative;feedback;amplifier
引 言
Sui着电子产业的发展,各种稳定的波形发生器Cheng为不可缺少的一部分,而矩形波是其中很重Yao的一种波形,并且在各个行业都比较常用。Duo谐振荡器是一种能产生矩形脉冲波形的一种Zi激振荡器,在没有外加触发信号的情况下接Tong电源后,它能连续性地,周期性地自行产生Ju形脉冲波,如果说刚开始是低电压状态,那Me在低电压停留一段时间以后将自动变成高电Ya状态,在高电压停留一段时间后又将自动跳Ru低电压状态,就这样重复着,输出矩形波。Duo谐振荡器常作为脉冲信号源。产生的脉冲波You基波和高次谐波分量组成,因此称为多谐振Dang器。又由于其没有稳定的工作状态,由电容De充电与放电来控制三级管的导通与截止,由Ci进行正常工作,故多谐振荡器又称为无稳态Dian路。
Duo谐振荡器有时候也用集成器件,它通常通过Ji成逻辑门或其他中规模集成电路连接而成,Ta也可以用一些触发器或集成555定时器来Shi现。
Wu稳态电路有多种形式,本文介绍的是以三级Guan和电容为核心元器件所组成的对称式多谐振Dang器。
Yi、多谐振荡器的组成结构及原理
Duo谐振荡器是一种在没有外加触发信号的情况Xia,能产生矩形脉冲波的,且是自动的产生连Xu性、周期性的矩形脉冲波,由基波和高次谐Bo叠加而成。
Xia面我将从多谐振荡器的结构、工作原理以及Duo谐振荡器产生的波形的指标等方面开始分析She计。
1.1 多谐振荡器的结构特点
1.1.1 组成多谐振荡器的原理框图
Dian路组成框图如图1所示,多谐振荡器分别由Zheng/负反馈网络、放大器、稳幅环节及电源等San部分组成。由框图可知多谐振荡器主要有以Shang三部分。
Zheng/负反馈网络 放大器 稳幅环节
Tu1 多谐振荡器组成框图
Figure 1 Multivibrator composition diagram
1.1.2 组成多谐振荡器的电路的特点
Duo谐振荡器电路如图2所示,电路由直流电源,电容器,三极管以及电阻构成。从电路结构Shang看,由R C耦合放大器组成,其中每一级De输出耦合到另一级的输入。VT1和VT2De基极和集电极又通过电容耦合。通电后由于Dian路参数的不同以及反馈的存在,使两支三极Guan中一支处于截止状态,另一支处于饱和状态,电路出现第一个暂稳态,此后交替翻转,每Ci只有一级是导通的。假设VT2截止,VT1饱和,那么在VT1与VT2循环往复的过Cheng中便可产生矩形脉冲波信号,由三极管的基Ji输出。
Tu2 多谐振荡器原理图
Figure 2 Schematic multivibrator
1.2 多谐振荡器电路中的反馈环节
You于反馈环节是振荡器电路中比较重要的一个Bu分,同时判断反馈的类型是研究放大电路的Ji础。所以我将从反馈环节开始介绍多谐振荡Qi的组成。
1.2.1 多谐振荡器中反馈的概念 在电Zi电路中,将输出量(输出电压或输出电流)De一部分或全部通过一定的电路形式作用到输Ru回路,用来影响其输入量(放大电路的输入Dian压或输入电流)的措施称为反馈。反馈大致You交直流、正负反馈之分,再分有并联反馈、Chuan联反馈、电压反馈、电流反馈四种不同类型。反馈的目的就是为了改善整个系统的运行状Kuang及效果,应用中主要是交流的。在电路中不Tong类型的反馈起着不同的作用。
1.2.2 反馈类型的判断
Fan馈类型的判断方法与具体步骤:
(1)判断是否存在反馈。方法:如果放大路Zhong存在着连接着输出回路和输入回路的通路,Bing且由此影响着放大电路的净输入量,则表明Dian路中引入了反馈,否则便没有反馈;
(2)判断是交流反馈还是直流反馈。方法:Hua出反馈放大器的直流通路和交流通路:如果Fan馈在直流通路中出现,而没有在交流通路中Chu现,则是直流反馈;如果反馈存在于交流通Lu中,而不存在于直流通路中,则为交流、直Liu都存在的反馈。具体判断的时候主要依据反Kui网络中有无电容。如果反馈网络中没有电容Yuan件,判断有交流反馈与直流反馈共存,如果You电容元件的存在,要通过电容元件对交流、Zhi流信号的影响来判定;
(3)判断是正反馈还是负反馈。方法:采用Shun时极性法来判断正负反馈。规定输入信号在Mou一时刻对地的瞬时极性,并以此为依据,然Hou逐级判断放大电路中相关各点电位的瞬时极Xing和各相关支路电流的瞬时流向,进而推出输Chu信号的瞬时极性或方向,再推出反馈信号的Ji性,选取包含输入信号、反馈信号、净输入Xin号这三个量的电路回路进行比较综合,如果Fan馈信号使放大器净输入量增大,为正反馈,Fan之为负反馈;
(4)判断是并联反馈还是串联反馈。方法:Ru果反馈信号的输入端并联与信号源称为并联Fan馈;如果反馈信号的输入端串联与信号源称Wei串联反馈。
(5)判断是电压反馈还是电流反馈。方法:Jiang输出电压的电平置为零,如果短路后反馈电Ya为零,就是电压反馈;反之,为电流反馈;
1.2.3 反馈在电路中的作用
1.本文中多谐振荡器原理图中存在的反馈:
San极管集电极输出信号的一部分与电容C1相Lian到三极管的基极的过程是正反馈。另一个三Ji管的集电极输出信号的一部分与电容C2相Lian到三极管的基极的过程也是一个正反馈。而Qie这个反馈信号是代替了放大电路的输入信号,使放大电路能正常工作,维持振荡电路稳定Shu出的。
2.实际运用过程中反馈的作用:
Zai电路的分析设计过程中反馈环节有着十分重Yao的作用。在进行电路设计时使用反馈虽然会Dui电路的参数产生影响,但是其对电路性能的Gai善效果远大于其对电路的影响,与此同时反Kui的使用也能帮助我们轻松地满足电路设计中De一些特殊要求。如负反馈在提高放大器的稳Ding性的同时,也使通频带得以扩展,非线
Xing失真得以减小,噪声得以降低。并联负反馈Neng够减小输出电阻,将负载能力提高。串联负Fan馈能够增大放大器的输入电阻,降低前一级Xin号源的电流。电流负反馈能够稳定输出电流,电压负反馈能够稳定输出电压等。
Zai实际的电路设计过程中,不同的反馈可以帮Zhu我们完成各种不同的电路设计。
1.3 多谐振荡器电路中的放大环节
Zai多谐振荡器电路中,放大电路也是一个十分Zhong要的部分。放大器的正常运行,确保了矩形Mai冲波的平稳输出。在不同类型的电路中,针Dui需要往往采用不同的连接方式及性能。连接Fang式的不同决定了放大电路的用途是不一样的。
Er本文的多谐振荡器采用的放大电路是通过采Yong三极管连接而构成的共射放大电路。采用共She放大电路主要是因为其有较大的电流、电压Zeng益,并且电路功能易于实现,符合多谐振荡Qi的电路要求。如图2所示。
1.4 多谐振荡器电路中的稳幅环节
Duo谐振荡器电路中的电源部分为整个电路提供Neng量,保证了振荡器正常的输出矩形脉冲波。Wo的设计中使用的是5V直流电源。直流可以Bao证供电过程中周期,极性不会发生变化。当Zhen荡在一定程度上稳定时,根据三极管非线性Shi现,而不用另加稳幅,电路脉冲幅度是一定De,以后在这个数值下来回变换。在电源两端Bing联电容是为了把电源中杂波过滤掉,从而避Mian杂波对振荡器的影响。
1.5 多谐振荡器的工作原理
1.5.1 电路的工作原理
Cong输出波形中任选一时间段,各时间点(t0、t1、t2、t3、t4)已标注于图2所Shi波形中。下面我将从四个时间段逐段分析多Xie振荡器电路的工作原理。
(1)t0--t1期间:
t0时刻之前,即没有接电源时+V=0V,Dian路中不存在工作电压,电路的两个输出端电Ya均为0V。 接通电源的瞬间,三极管VT1与VT2分别通过电阻获得的正偏电压,两Ge三极管均趋于导通,VT1、VT2的导通Cheng度会存在差异,假设VT2导通稍微快一点,这时VT2的基极电流由Rb2提供,将Vcc加到电路,由于两只三极管都是正向偏置De故他们处于导通状态,此外,还为藕合电容QiC1和C2充电。充电的路线是由接地处到San级管基极,又通过电容器而至Vcc电源。Huan有些充电电流是经过
Ra和Rb的,从而通过正电压加在基极上,Shi晶体管导电量更大,其集电极电压下降,这Ge下降的电压通过电容C2加载到VT1的基Ji,使VT1的基极电压减小,集电极电压变Da。这个变大的电压经过电容C1加到VT2De基极,从而使VT2的基极电流增大。这一Guo程为正反馈过程。
You于有正反馈的存在,VT2很快进入饱和状Tai,而VT1则进入截止状态,即在t0时刻,VT1截止、VT2饱和。因此VT1的集Dian极输出高电平,VT2的集电极输出低电平。
(2)t1--t2期间:
Zai这个时间段内,VT1保持截止状态,VT2保持饱和状态,为第一个暂稳态。 在t0--t1这个很短的时间内,电容C1和C2Liang端的电压是没有时间反应变化的。但是在t1时刻之后,由于VT2饱和导通,这样就形Cheng了一个对电容C2充电的回路。
Zhe个充电电压提高了VT1的基极电压,使VT1出现了转向饱和导通的偏向。很明显,VT2集电极输出低电平的时间(脉冲宽度)由C2充电时间的长短决定。
(3)t2--t3期间:
Congt2时刻起,在VT1基极电流增大的过程Zhong,通过电路的正反馈,VT1迅速进入饱和,VT2截止。t3时刻后,VT1由于处于Bao和状态其集电极输出低电平,VT2由于截Zhi其集电极输出高电平。
(4)t3--t4期间:
Zai这个时间段内,VT1保持饱和状态,VT2保持截止状态,为第二个暂稳态。 由于VT1保持截止,则构成了对电容C1的充电回Lu。VT1饱和时间的长短 就是由C1充电Shi间长短决定的。C1的充电过程其两端增大De电压致使VT2的基极电压增大,进而使VT2的基极电流增大,就这样电路又进入了新De正反馈过程。一级导通时间的长短,取决于Ling一级截止的时间。也就是取决于C1,RaHeC2,Rb的时间常数RC。时间常数越小Zhuan换作用也就越快,因此多谐振荡器的输出频Lv就越高。就上述的电路来说,如果两个RCWang络的时间常数相同,两个晶体管的导通和截Zhi周期是相等的,那么可称之为对称的自微多Xie振荡器。
Dian路就在这不断的循环往复的过程中形成了自Ji振荡。
Duo谐振荡器中各点的波形如图3所示。
Tu3 多谐振荡器中各点波形
Figure 3 Multivibrator various points in the waveform
1.5.2 电路的性能参数
1.振荡周期:当电路中的元件参数对称时,JiRa1=Ra2=Ra、Rb1=Rb2=Rb、C1=C2=C以及VT1、VT2性Neng一致时,这一电路的振荡周期由下式决定:
T=T1+T2=0.7(Rb1×C2+Rb2×C1)=1.4Rb×C
2.振荡频率:f =10.7≈ TRbC
3.脉冲波形的技术指标
(1)脉冲周期T :周期性重复的脉冲序列Zhong,两个相邻脉冲之间的时间间隔,也用单位Shi间内脉冲重复的次数。
(2)脉冲宽度Tw :从脉冲前沿上升到0.5Vm处开始,到脉冲后沿下降到0.5Vm为止的一段时间。
(3)脉冲幅度Vm :脉冲电压的最大变化Fu度,即最大值与最小值的距离。
(4)上升时间tr :脉冲前沿从0.1Vm上升到0.9Vm所经过的时间。
(5)下降时间tf :脉冲后沿从0.9Vm下降到0.1Vm所经过的时间。
(6)占空比q:脉冲宽度与脉冲周期的比值。
Yi上技术指标在波形中的位置如图4所示。
Tu4 描述矩形脉冲特性的指标
Figure 4 describes the characteristics of rectangular pulse indicators
Er、多谐振荡器电路的设计
2.1 分立元件设计的电路
Tong过以上的原理分析,首先设计实验电路图,Wo的多谐振荡器是使用分立元件设计的。其中,直流电源为供电器件用5V,反馈网络用电RongC1和C2组成,放大器由三极管VT1和VT2组成,Rb1C2和Rb2C1组成选Pin网络,用电容C3滤波,加在电源两端,RLCL为输出端负载。
Gen据上文分析,设计一个实际的多谐振荡器电Lu,电路如下所示。
Tu5 多谐振荡器实验图 Figure 5 Experimental figure multivibrator
2.2 电路元件参数设置
(1)V1直流电源为5V。
(2)Ra1、Ra2为放大电路的部分,与San极管的集电极相连,阻值为1??、功率为1/16W、误差为±5%的色环电阻。
(3)Rb1、Rb2为放大电路部分,与三Ji管的基极电阻相连,阻值120K?、功率1/16W、误差为±5%的色环电阻。
(4)电阻RL为负载,是阻值20K?、功Lv1/16W、误差为±5%的色环电阻。
(5)电容C1、C2为正反馈,是容量200nF、耐压值10V、误差为±5%
的瓷片电容。
(6)电容C3用作滤波,是容量10μF、Nai压值10V、误差为±5%的电解电容。
(7)电容CL为负载,是容量20nF、耐Ya值10V、误差为±5%的瓷片电容。
(8)VT1 、VT2 为多谐振荡器中的Fang大管,是两支2N3904三极管,其放大Xi数β =100,噪声系数NF ≤10dB。
2.3 电路板图的印刷制作
Tong过Protel 99 SE软件设计电路Ban,也叫PCB板。它是由绝缘材料做出来的,平常我们在表面看到的是铜箔,根据线路的Xu要,最后我们看到是经过处理的网状的,然Hou将元件的封装安排在合适的位置,然后布线。设计好的电路板图如图6所示。
Zhi后将设计好的板图打印在转印纸上,然后采Yong高温静电复印技术把图复印在敷铜板上,待Leng却后,再用三氯化铁溶液进行腐蚀。腐蚀完Bi后,及时用水冲洗干净。在印制板的相应位Zhi钻孔,然后用细砂纸将覆盖在铜箔表面的墨Ji擦干净,最后涂上酒精松香溶液,等待酒精Hui发完毕。这样电路板图就印刷好了。
图6 印制板图
Figure 6 Board chart
2.4 多谐振荡器电路的安装
Shou先将所选用的元器件,准备所用的测试工具(万用表),焊接工具(电烙铁,
Xi箔)等,全部进行检验后,确保元器件能够Zheng常使用。然后将元器件按照之前的设计方案,逐个插配在印刷好的电路板上,之后进行焊Jie。焊接时一定要注意电阻、电容尽量采用卧Shi焊接,焊接点一定要牢靠,同时注意焊接过Cheng中的漏焊,虚焊,以及短路等细节问题。为Liao防止电路板的腐蚀,助焊剂需采用中性材料。
Wan成上面的内容,多谐振荡器的电路就安装好Liao,下面我将对安装好的多谐振荡器的电路进Xing检测和调试。
San、多谐振荡器电路的调试及检测
3.1 多谐振荡器电路的调试
Diao试之前需做好的准备工作:首先根据多谐振Dang电路图逐个对应检查焊接好的电路板每个器Jian的位置,观察是否有漏焊、错焊的元件;检Cha每个焊点,排除虚焊现象;检查各元件之间De走线,确保走线之间没有相互接触,防止短Lu,烧坏电路板。
Diao试开始前做好以上工作。首先检测VCC的Dian压是否为5V,确保无误后继续往下调试。Xu要测量的内容是VT1、VT2放大电路的Jing态工作电压,并与所设计电路的对应的理论Zhi进行比较,如果数值相差太大,则需要对电Lu进行检查、调整,确保静态工作点满足设计Yao求的。
Jiang振荡器空载运行二十分钟左右,观察各部分Shi否存在异常。如果没有问题,就在输出端接Ru一个发光二极管,观察二极管的亮度变化,Tong时观察着其他元件,如有异常,需及时断电Jian查。确保无误后应继续空载运行二十分钟左You,不出问题的话继续进行下面的性能检测。 3.2 多谐振荡器电路的检测
3.2.1电路输出波形的检测
Jiang示波器与多谐振荡器电路的输出端相连,检Ce输出的波形。多谐振荡器电路的输出波形如Tu
7所示。
Tu7 多谐振荡器的输出波形
Figure 7 Multivibrator output waveform
Cong图7可以看出,输出的波形还是比较接近方Bo的,是一个比较理想的波形。
Ran而为什么会出现这种波形呢?出现这种波形Zhu要是因为振荡过程中的两个状
Tai(饱和状态和截止状态),这两个状态的交Hu过程并不是瞬变的,而是缓慢交替的。因此Mei有处理的输出信号只能接近方波,而不是真Zheng的方波。想要得到比较理想的方波,只有在Shu出端接入合适的滤波电路才能实现。
3.2.2实验数据的检测
Shi验数据检测值:周期T=33.50ms,f =29.85HZ,脉冲幅度Vm=4.90V,上升时间Tr =0.753ms,Xia降时间Tf =0.694ms。
Shi验数据理论值:T=1.4Rb×C= 1.4×120×200×10-6=33.60ms,f=10.7==29.17HZ。 TRbC
Shi验数据误差:δT =-0.30%,δf =+2.33%。实验数据在误差允许的范Wei内。 综上所述,实验输出波形与实验所得Shu据都是比较理想的,符合设计要求,此次设Ji圆满结束。
四、结束语
Jing过一个多月的努力,在包老师的指导和同学Men的帮助下,我的毕业论文设计终于得以完成。在毕业论文的设计过程中,我得到了很多宝Gui的经验。
Shou先设计论文是对以前所学知识的巩固的过程,虽然大学四年学习了很多知识,但那都是理Lun的,且都是片面的,具体的,没有从各方面Ba这些联系起来,制作一个完整的作品。从选Ti时对多谐振荡器概念的朦朦胧胧,到最后对Suo设计内容有深刻的认识,起码对研究制作电Zi作品的一个完整流程的清晰认识。同时我也Qie实地体会到了实践的重要性。以前只是学习Li论,不去实际操作的学习方法,对知识的理Jie不是很全面。以后我一定要培养自己的动手Neng力,将理论知识合理的运用到实践当中。
Zong之,通过设计论文,我切实体会到一个人要Jiang某一件事做好,必付出一定的时间和精力,Ye不能有投机取巧的侥幸心理。当然,捷径每Ge人都想走。这样一个完整的设计,宏观上要Ba握好大体思路,微观上注意中间每个环节的Xi节,不能有任何瑕疵。从系统到具体,在加Shang平静的心态,遇到困难解决困难。从而锻炼Liao我解决问题的能力。为下一步找工作做好了Zhun备,这对即将毕业的我们是个很好的机会。
参考文献
【1】童诗白,华成英主编.模拟电子技术基Chu[M].第四版,北京:高等教育出
版社,2001.1
【2】谢嘉奎主编.电子线路[M].第四版,北京:高等教育出版,2000.5
【3】阎石主编.数字电子技术基础[M].Di四版,北京:高等教育出版社1998.12
【4】彭介华主编.电子技术课程设计指导[M].第一版,北京:高等教育出版社
1997.6
【5】康华光主编.电子技术基础(模拟部分)[M].第四版,北京:高等教育出
Ban社,199.9.6
致 谢
Ben设计在我的指导教师包常明老师的悉心指导He严格要求下业已完成,从课题选择、方案论Zheng到具体设计和调试,无不凝聚着包老师的心Xue和汗水。包老师的工作态度严谨,教学方法Ke学实用,在四年的本科学习和生活期间,我Ye始终感受着包老师的精心指导和无私的关怀,从中我受益匪浅。在此向包老师表示深深的Gan谢和崇高的敬意。
Bu积跬步无以至千里,不积小流无以成江海。Ben设计能够顺利完成,与各位任课老师细心的De教导息息相关。在各位任课老师的教导下,Wo不仅学会了做人,也学到了很多专业知识,Er且还将其很好的运用到了我的设计当中。学Xiao吗,教书育人的地方,只有先学会做人,在Xue做事。正是有了他们的细心帮助和支持,不Jin我的毕业论文工作顺利完成,而且四年来也Qian移默化的学到其他的东西。在此我向内蒙古Min族大学,物理与电子信息学院的全体老师表Shi由衷的谢意。感谢他们四年来对我的的辛勤Zai培。
简 历
姓名:张健
性别:男
民族:汉族
Chu生年月:1989年11月10日
Ji贯:内蒙古呼和浩特市和林格尔县 学校:Nei蒙古民族大学
Xue院:物理与电子信息学院
Zhuan业班级:电子信息科学与技术 2009级1班 联系电话:15247531827
E-mail:
石英晶体稳频的多谐振荡器
Shi英晶体稳频的多谐振荡器
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Shi英晶体稳频的多谐振荡器
Dang要求多谐振荡器的工作频率稳定性很高时,Shang述几种多谐振荡器的精度已不能满足要求。Wei此常用石英晶体作为信号频率的基准。用石Ying晶体与门电路构成的多谐振荡器常用来为微Xing计算机等提供时钟信号。
Tu12,4所示为常用的晶体稳频多谐振荡器。
(a)、(b)为TTL器件组成的晶体振荡Dian路;
(c)、(d)为CMOS器件组成的晶体振Dang电路, 一般用于电子表中,其中晶体的f0=32768Hz。
Tu12,4(c)中,门1用于振荡,门2用Yu缓冲整形。Rf是反馈电阻,通常在几十兆Ou之间选取, 一般选22MΩ。R起稳定振Dang作用,通常取十至几百千欧。C1是频率微Diao电容器,C2用于温度特性校正。
二、实验目的
1、掌握使用门电路构成脉冲信号产生电路的Ji本方法
2、掌握影响输出脉冲波形参数的定时元件数Zhi的计算方法
3、学习石英晶体稳频原理和使用石英晶体构Cheng振荡器的方法
San、 实验设备与器件
1、+5V直流电源
2、双踪示波器
3、数字频率计
4、74LS00(或CC4011) 晶振32768Hz 电位器、电阻、电容若Gan。 四、实验内容
1、 用与非门74LS00按图12,1构Cheng多谐振荡器,其中R为10KΩ电位器,CWei0.01μf。
(1) 用示波器观察输出波形及电容C两端De电压波形,列表记录之。
) 调节电位器观察输出波形的变化,测出上、下限频率。 (2
(3) 用一只100μf电容器跨接在74LS00 14脚与7脚的最近处,观察输 出波形的变化及电源上纹波信号的变化,记Lu之。
2、 用74LS00按图12,2接线,取R,1KΩ,C,0.047μf,用示波器Guan察输出波形,记录之。
3、 用74LS00按图12,3接线,其Zhong定时电阻RW用一个510Ω与一个1KΩDe电位器串联,取R,100Ω,C,0.1uf。
(1) RW调到最大时,观察并记录A、B、D、E及v0各点电压的波形,测出 v0的周期T和负脉冲宽度(电容C的充电时间)并与理论计算值比较。 (2) 改变RW值,观察输出信号v0波形的变化情况。
4、 按图12,4(c)接线,晶振选用电Zi表晶振32768Hz,与非门选用CC4011,用示波器观察输出波形,用频率计测Liang输出信号频率,记录之。 五、实验预习Yao求
1、 复习自激多谐振荡器的工作原理
2、 画出实验用的详细实验线路图
3、 拟好记录、实验数据表格等。
六、实验报告
1、 画出实验电路,整理实验数据与理论值Jin行比较
2、 用方格纸画出实验观测到的工作波形图,对实验结果进行分析。
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74HC00多谐振荡器的制作
74HC00多谐振荡器的制作
Yi、电路及工作原理电路见下图。74HC00为四一二输入端与非门。
Ru果将二输入端与非门的一个输入端接高电平,或者将两个输入端短接,则其输出便与余下De一个输入端或两个短接的输入端反相,相当Yu一个反相器。在下图所示电路中,设IC1A的①脚、IC1B的⑤脚为高电平(K1按Xia,K2断开),则IC1A可看作②脚输入③脚输出、可看作IC1B④脚输入⑥脚输出De反相器,其传输特性如右图所示。由于R1De负反馈作用,如果②脚电压较低,③脚输出Gao电压,则通过R1把②脚电平拉高;如果②Jiao电压较高、③脚输出低,则通过R1把②脚Dian平拉低,结果折衷停在中心点C。输出100%反馈到输入,相当于把左下三角形部分按Zhao虚线折到右上角。虚线与传输特性的交点CJiu是反相器的工作点,约等于1/2VCC。C点位于传输特性的陡坡中心。本例中,74HC00输入变化1mV,输出变化高达1V。由于IC1③脚和④脚连按,其⑥脚输出的Xin号与②脚同相但幅度放大。图中C1起正反Kui作用。只要②脚电压有微小的波动,如提高0.1mV,则③脚电压降低100mV,再JingIC1B反相,⑥脚输出电压升高大于1V,此电压变化通过C1送回②脚,使②脚电压Ji续升高,直至VCC+0.7V。这时,IC1内部的保护二极管导通,使输入电压不能Gao,反相器工作点停在右图的D点。D点位于Chuan输特性的水平线上,输入变化几乎不影响输Chu。此时,IC1的②脚为高电平,③脚为低Dian平,⑥脚为高电平。电阻R1接在②、③脚Zhi间。③脚是输出端,内阻很低,②脚是输入Duan,内阻极高。②高③低的电位差使得R1上De电流I的方向如左图所示,放电的起始电压WeiVCC+0.7V,放电的最终电压为0V。
Shi际放电到C点(1/2VCC)附近,就停Zhi了。放电从VCC+0.7V到1/2VCC约需
1.1R1C1=1.1×(2.2×l0(6))×(0.1×10(-6)≈0.25s。这时,②脚变低,Jing过IC1A反相放大→③脚变高→IC1B反相放大→⑥脚快速变低→C1→②脚。正反馈作用持续到②脚电压降至-0.7V。这时IC1内部的保护二极管导通,使Shu入电压不能低,反相器工作点停在E点。EDian在传输特性的水平线上,输入变化几乎不影Xiang输出。此时的状态是②低、③高、⑥低。R1对C1充电。充电起始电压为-0.7V,Chong电最终电压为VCC。充电从0.7V到1/2VCC约需1.1R1C1=0.25s,然后就停止充电,进入正反馈,转向工作点D。实际上,电路工作在D、E状态的时间长,经过C的时间很短,故输出是个方波,一个Zhou期约0.5s。方波比正弦波谐波多,听起Lai比较悦耳。许多音乐片的输出信号就是由不Tong频率的等幅方波组成的。如果幅度能随音拍Bian化,就更好听了。同理,IC1C的(13)脚=高,IC1D⑨、⑩并接,也可以看作Liang个反相器,产生周期为0.5ms的方波振Dang。也就是2kHz。因为蜂鸣器的谐振频率Zai2kHz左右时电一声转换效率最高,听起Lai最响。选择电容1000pF时电阻约为250kΩ,下图中将500kΩ电位器调到中心位置附近可找音Liang最大点。R2也可用240kΩ~270kΩ固定电阻试试。Yin为蜂鸣器的电阻约40Ω,IC1的输出阻抗约1kΩ,故IC1不能直接驱动蜂鸣器,所以要经过Q1进Xing电流放大。IC1C⑧脚输出高电平3V,Q1基极导通时电压为0.7V,R3=1Ω,Q1基极电流为(3-0.7)/1k=2.3mA,Q11放大倍数为50,集电极电流115mA。而40Ω蜂鸣器只需70mA驱动,两端电压达2.8V。那么115-70=45mA的电Liu又到哪里去呢了?Q1放大倍数为50,是ZhiQ1在线性放大区内Ic/IB,到了饱和Qu,IG/IBF降,这时Q1的管压降很低。
Yu非逻辑的控制作用:IC1A的①脚平时通GuoR4接地,③脚输出恒高,④脚=③脚,⑥Jiao输出恒低。(13)脚=⑥脚=低,⑧脚为Di,蜂鸣器不响。整个电路耗电极小。K1按Xia后,(13)脚高电平,IC1D、IC1C产生2Hz的方波,控制IC1D(13)Jiao,(13)脚为高电平时,IC1D、IC1C产生2kHz方波通过R3、Q1驱动蜂Ming器;当(13)脚为低电平时,IC1D、IC1C停振,⑧脚输出低电平,Q1关断。Cong而使蜂鸣器发出每秒2次的断续嘀一嘀声。IC1B⑤脚平时通过R5接高,
Zheng常工作,K2按下后,⑤脚为低,IC1A、IC1B停振。(13)脚=⑥脚恒高,蜂Ming器发出持续的嘀声。
Er、通用电路板的装配在装配时不管元件有多Shao,在往电路板上插元件前要仔细规划一下,Ying尽量避免连线交错。如下图所示,IC1的Yin脚排列时从缺口开始逆时针方向数,下方7Zhi脚依次为①脚~⑦脚,R1靠近①脚~③脚,C1靠近⑥脚,⑦脚为地,⑦脚靠近R4、K2、Q1的E极。上方7只脚为(8)~(14)脚,R2靠近(13)~(11)脚,C2、R3靠近⑧脚,Q1的B极靠近R3,BP靠近Q1的C极……。这样布局后,以IC1为中心,Shang下用裸铜线或电阻脚在通用电路板平面上放She状连出,连线基本上可以不交错。检查时,Ye同样以IC1为中心,一个脚一个脚查。三、调试元件全部安装完毕后,不忙加电试,先Zai电源+与试验板VCC之间串一只电流表,Zheng常情况下,电流极小。如电流大于500μA且不稳定,说明有输入端悬空、虚焊De情况。可以这样检查:人体接触改锥金属部Fen,用改锥头依次碰1C1各脚,若电流变化Ming显,说明该脚接线有问题。如果电流正常,Ze将电流表置于100mA(200mA)挡,按下K1电流有变化而不响的,查R3、Q1、BP;按下K1电流很小而不响的,查IC1。1.查BP,用镊子瞬间短路Q1的C、E极,电流有变化,蜂鸣器应有“卡-吧”声。如果没有,说MingBP坏或线未连上。2.查晶体管,在R3Kao近IC1端用镊子瞬间接VCC或地,来回Jie,蜂鸣器有应“卡-吧”声。如果没有,说明晶体管坏、接反Huo线未连上(瞬间短路一般不会损坏IC)。3.查IC1,按下K2,用数字万用表量电Ya,IC1的(8)~(12)脚都应当不高Bu低。比如,在3V电池的情况,测量值约1.5V。如果⑧恒低,(9)、(10)、(11)脚恒高,如果(13)脚为高,说明K2按下起作用,(12)脚为低说明R2负反Kui不起作用。用红表笔短路(11)、(12)脚,黑笔接地,电压表显示不高不低,R2Ke能虚焊。如果(13)脚为低,说明K2按Xia不起作用,查⑥脚、⑤脚。⑤脚高,说明开GuanK2坏或未接好。⑥脚、⑤脚均低,说明IC坏或焊点短路到地。K1按下时,⑥脚电压Du数不稳定,一会儿大一会儿小,说明2HzZhen荡正常;如果恒高或恒低,也可以红表笔短Lu②、③脚来查故障。K1按下的检测方法以Ci类推。
多谐振荡器频率的调节
Duo谐振荡器频率的调节
第11卷第3期
2002年9月
He南教育学院(自然科学版)
JournalofHenanEducationInstitute(NaturalScience)
V01.1lNo.3
Sep.2002
Wen章编号:1007—0834(2002)03—0032—02 多谐振荡器频率的调Jie
闫战强
(河南大学物理系,河南开封475001) 摘要:本文主要介绍了常用多谐振荡器频率Diao节的方法 关键词:多谐振荡器;频率;电Ping
Zhong图分类号:0441.4文献标识码:B
Duo谐振荡器是数字电路中较为常用的一种线 Lu,且在不同情况下,一般要求其输出信号的Pin率并 不相同.因此,对于多谐振荡器的实Ji应用而言,频 率调节就显得非常的关键.
1简单多谐振荡器频率的调节
1.1手动调节
一
Ban情况下,由m门电路组成的对称式多谐 振Dang器电路,非对称式多谐振荡器式电路及由施Mi 特触发器组成的多谐振荡器电路等较为简Dan的多谐 振荡器的振荡频率都与外接电阻,Dian容有关,因此, 只要设法改变,C的数值,便可实现频率调节的目 的.
Shou动调节时,通常用改变电容的方法进行频率 粗调,用调节可变电阻的办法进行频率细调.图1就 是采用上述办法调节频率的非对称Shi多谐振荡器. 1.2自动调节
图1
Zi动调节频率时,一般是要求振荡频率随输入 控制电压的改变而变化,即压控振荡器.图2所示的 压控振荡器就有较好的控制特性.
图2
Tu中的反向器G和,C用作积分器,施密特 Chu发器G2用作比较器,PNP型晶体管用作Ji分 电容充,放电的控制开关.
Dang2低于G2的转换电平+时,G2输出高电 平,截止,电容Cl经过充电.由CMOSFan向器的 电压传输特性易知C的充电电流,Ji本不变,并且 '目.TH一,可得,=
J'l
Qi中,<Vrz.
Dang,2上升到r+时,G2的输出立即跳变为Di 电平,随之导通,并使变为高电平.
You于的数值很小,Ci迅速放电,也迅速下 Jiang.
Dang放电到,2<Vr一时,o又跳变为Gao电平,使 收稿日期:2002—0r7—02
Zuo者简介:目战强(1973一),男,河南Kai封人,河南大学物理系助教.
?
32?
Jie止,C重新开始充电.为了使0的跳变尽快Di 传给T的基极,以加速晶体管的开关过程,在它的 基极电阻并上了加速电容C6.由Shang图的波形图可 知,在基本不变的条件下,Hen容易求出的充电时间为 T1=
C(Vr+一Tr一)RC(Vr+一Vr一)
一=,
iITTH一I
Ruo电容C的放电时间为,且T2《T1,则可Yi 近似地求出振荡频率为
,一一二!一
1
一
fC(+一一)
Shang式表明,在其他参数不变的情况下,振荡频Lv 随,的升高而降低,而且在l,,<VrH的范围内两者 保持较好的线性关系.
2555多谐振荡器频率的调节
Ru图3所示电路是用时基集成电路555构成De 方波脉冲振荡器.
图3
Ding时电容器C.的充电与放电是经过二极管桥 D1一D4及晶体管,等构成的两个电流源Shi现 的.电流源输出管,的工作由晶体管控Zhi. 调节电位器可以线性地改变输出方波的Pin率, 在电路所示元件参数的情况下,可以De到加倍程的 频率变化.当电位器在中间位Zhi时,振荡频率约 为1kHz.
Dang电容器C1经心,,D1充电至三分之二电
Yuan电压时,555内部放电晶体管导通,555电路的7
Duan接近地电位,二极管桥中的D4截止,C1JingD2,
,7放电.当555集成电路的2端因C1放Dian,其
Dian位降至三分之一电源电压以下时,555电Lu内放
Dian管截止,其7端电位升高,二极管桥中的D1,D4 导通,D2,D,截止,电容器C1又重新充电.重复上
Shu过程,在555电路的输出端3则形成方波Zhen荡信
号.
Diao节可调电阻,改变电流源的电流,使电容
QiC,的充,放电时间发生变化,从而调节输Chu端的
Fang波频率.如果改变加在晶体管基极上的外部Zhi
Liu电压,也可代替电阻器,用以调节振荡器的Pin
率.
Jing体管的基极与集电极连接,构成等效二极
Guan,补偿发射结电压的温度漂移,以保证电路Gong
作的稳定性.
Ru果对频率调节的线性度要求不很高,该电路
Ke实现100倍左右的频率调节变化.
ToRegulatetheFrequencyofMulite—resonator YANZhan—qiang
(HenanUniversity,Kaifeng475001,China)
Abstract:Thispapermainlyintroducesthemethodofregalatingthefrequencyofmulti—resonatorthroushadjustingthe resultofresistanceandcapacitance. Keywords:multi—resonator;frequency;voltage
?
33?
石英晶体稳频的多谐振荡器
Dang要求多谐振荡器的工作频率稳定性很高时,Shang述几种多谐振荡器的精度已不能满足要求。Wei此常用石英晶体作为信号频率的基准。用石Ying晶体与门电路构成的多谐振荡器常用来为微Xing计算机等提供时钟信号。
Tu12-4所示为常用的晶体稳频多谐振荡器。
(a)、(b)为TTL器件组成的晶体振荡Dian路;
(c)、(d)为CMOS器件组成的晶体振Dang电路, 一般用于电子表中,其中晶体的f0=32768Hz。
Tu12-4(c)中,门1用于振荡,门2用Yu缓冲整形。Rf是反馈电阻,通常在几十兆Ou之间选取, 一般选22MΩ。R起稳定振Dang作用,通常取十至几百千欧。C1是频率微Diao电容器,C2用于温度特性校正。
二、实验目的
1、掌握使用门电路构成脉冲信号产生电路的Ji本方法
2、掌握影响输出脉冲波形参数的定时元件数Zhi的计算方法
3、学习石英晶体稳频原理和使用石英晶体构Cheng振荡器的方法
San、 实验设备与器件
1、+5V直流电源
2、双踪示波器
3、数字频率计
4、74LS00(或CC4011) 晶振32768Hz 电位器、电阻、电容若Gan。
四、实验内容
1、 用与非门74LS00按图12-1构Cheng多谐振荡器,其中R为10KΩ电位器,CWei0.01μf。
(1) 用示波器观察输出波形及电容C两端De电压波形,列表记录之。
(2) 调节电位器观察输出波形的变化,测Chu上、下限频率。
(3) 用一只100μf电容器跨接在74LS00 14脚与7脚的最近处,观察输
Chu波形的变化及电源上纹波信号的变化,记录Zhi。
2、 用74LS00按图12-2接线,取R=1KΩ,C=0.047μf,用示波器Guan察输出波形,记录之。
3、 用74LS00按图12-3接线,其Zhong定时电阻RW用一个510Ω与一个1KΩDe电位器串联,取R=100Ω,C=0.1uf。
(1) RW调到最大时,观察并记录A、B、D、E及v0各点电压的波形,测出
v0的周期T和负脉冲宽度(电容C的充电时Jian)并与理论计算值比较。
(2) 改变RW值,观察输出信号v0波形De变化情况。
4、 按图12-4(c)接线,晶振选用电Zi表晶振32768Hz,与非门选用CC4011,用示波器观察输出波形,用频率计测Liang输出信号频率,记录之。
五、实验预习要求
1、 复习自激多谐振荡器的工作原理
2、 画出实验用的详细实验线路图
3、 拟好记录、实验数据表格等。
六、实验报告
1、 画出实验电路,整理实验数据与理论值Jin行比较
2、 用方格纸画出实验观测到的工作波形图,对实验结果进行分析。
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