电子测量综合实验报告555信号发生器.docVIP

..... word格式.整理版 电子测量综合实验报告 555信号发生器 报告人: 学 号： 专 业： 指导老师： 2010年 12 月 10 日 目录 一、实验目的： 二、实验任务与要求： 三、设计方案论证： 四、整体电路设计和分析计算 五、电路仿真分析 六、电路安装与调试 七、实验结果和误差分析 八、实验总结 九、附录：元器件清单/程序清单 实验目的 将电子测量课程所学的测量原理、数据处理、误差分析等知识用于实践，学以致用； 巩固模电、数电等课程知识将其用于整个综合实验的分析计算过程； 熟悉各测量仪表的使用，提高实际动手操作能力。 实验任务与要求 1、制成的555信号发生器能产生矩形波、三角波、正弦波三种波形； 2、该信号发生器频率和幅值可调； 3、各误差控制在合理范围内。 设计方案论证 1、实验方案 本信号发生器使用555芯片作为多谐振荡器产生矩形波，通过积分形成三角波，再经RC低通滤波形成正弦波。电路原理图如下 2、关于555芯片 上学期的数电课程就学习了555芯片。该芯片是模电和数电相结合的中规模集成电路，设计十分巧妙，广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。在数电中我们学习了由其构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器。关于555芯片原理、多谐振荡器原理，数电课已学过，此处不再赘述。 整体电路设计和分析计算 1、电路各部分功能分析 1、发光二极管VD为电源指示灯； 2、C1为电源滤波电容； 3、C2为定时电容，C2的充电回路是R2→R3→RP→C2； 4、C2的放电回路是C2→RP→R3→555的7脚(通过放电三极管)； 5、隔直电容，还可以隔离前后网络； 6、积分电容，将矩形波积分产生三角波； 7、低通滤波积分网络，滤除三角波中的高中频成分，并再次积分产生近 似正弦波； 2、理论分析计算 (1)电容C2充电所需的时间为： Tph=(R3+R2+RP)C2㏑2 电容C2放电所需的时间为： Tpl=(R3+RP)C2㏑2 占空比= 振荡频率 其中电位器RP阻值为0至47KΩ频率覆盖系数 (2)由电路原理图可知，555芯片3脚高电平时输出电源电压5V，则矩形波峰峰值理论值为U1=5V; 后面RC网络的电压增益分别为 三角波处增益，; 正弦波处增益，; 三角波幅值为U2=U1*|Au1|; 正弦波幅值为U3=U2*|Au2|； (3)调节RP的阻值时，Tph、Tph1改变，导致占空比和频率改变（改变），又导致|Au|改变，幅值U改变，以此实现频率、幅值可调。 (4)波形因数：交流电压有效值与平均值之比，即 波峰因数：交流电压峰值与有效值之比，即 三种波的波形参数理论值见下表（设幅值为U） 有效值 平均值 波形因数 波峰因数 矩形波 A A 1 1 三角波 正弦波 电路仿真分析 1、Multisism仿真电路原理图 2、仿真波形截图 RP=0% RP=100% 3、用示波器进行周期、峰峰值、占空比测量 RP=0%时 仿真波形 周期 峰峰值 占空比 矩形波 1.270ms 5.032v 48.44% 三角波 1.270ms 326.526mv 正弦波 1.287ms 9.867mv RP=100%时 仿真波形 周期 峰峰值 占空比 矩形波 988.189us 5.026v 48.96% 三角波 994.094us 257.340mv 正弦波 1.004ms 4.822mv 可得，频率范围777.01~1011.95HZ 频率覆盖系数 又试用了一下探针测量（如下图），结果与上表一致，不再重复记录。 RP=0% RP=100% 4、使用Multisim中的万用表测量交流输出电压、电流、阻抗。 注：测量时视数会变化。测量阻抗时视数一直在增大。 测量结果记录 RP=0% 交流输出电压 交流输出电流 输出功率P=VI 矩形波 2.498V 249.307uA 622.44uw 三角波 97.001mV 9.497uA 0.92uw 正弦波 3.502mV 1.734uA uw RP=100% 交流输出电压 交流输出电流 输出功率P=VI 矩形波 2.499V 249.544uA 623.61uw 三角波 75.309mV 7.441uA 0.56uw 正弦波 1.703mV 1.102uA uw 其实功率本来可以用瓦特表直接测但正弦波功率太小使视数到0 所以在此不使用瓦特表直接测量 6、其它仿真结果分析 （1）刚开始仿真时，三个波形都不稳定如图，需过一段时间才会稳定。原因是各电容充放电需要时间，会产生一定的时延。 用示波器测量该延迟