電子技術(shù)設(shè)計實驗集合

1、實驗一 語音放大電路1、實驗內(nèi)容本實驗設(shè)計和制作一個具有麥克風(fēng)、音頻合成和功率放大功能的音頻功率放大器。要求：前置放大電路：輸入信號：Uid10mV輸入阻抗：Ri100K共模抑制比：KCMR60dB有源帶通濾波電路帶通頻率范圍：300Hz-3000Hz功率放大電路最大不失真輸出功率：POM5W負(fù)載阻抗：RL=4電源電壓：+5V，+12V2、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗熟悉小信號電壓放大器、放大器運算電路、功率放大器、直流穩(wěn)壓電源的工作原理和設(shè)計方法。同時通過同學(xué)們自己焊接實際電路，提高動手能力。3、實驗原理本實驗設(shè)計一個具有如下功能的音頻功率放大電路：將來自麥克風(fēng)的音頻信號線性放大，然后和來自其它音源的

2、音樂信號混合，混合后的信號經(jīng)過前置放大進(jìn)行電壓放大，然后經(jīng)過功率放大推動揚聲器工作。系統(tǒng)組成和原理框圖如下圖所示。（1）線性放大電路電路說明：電路中C1的作用是濾除高次諧波干擾；C2是耦合電容，阻直通交，對于交流信號相當(dāng)于短路；C3的作用是防止放大器自激設(shè)置的電容；所以電路可以簡化為如下圖所示。（2）音頻混合電路C4和C5也是耦合電容，阻直通交，對于交流信號相當(dāng)于短路；（3）前置放大電路前置放大電路所接收的信號一般為有用信號與躁聲信號的疊加信號，其中有用信號可能僅有若干毫伏，而共模躁聲信號可能高達(dá)幾伏，因此，前置放大電路必須設(shè)計成一個高共模抑制比、低漂移、高輸入阻抗的小信號放大電路。（4）功率

3、放大電路功率放大電路的主要作用是向負(fù)載提供功率，要求輸出功率盡可能大，轉(zhuǎn)換效率盡可能高，非線性失真盡可能小。功率放大電路的形式很多，有雙電源供電的OCL互補對稱功放電路，單電源供電的OTL功放電路，BTL橋式推挽功放電路和變壓器耦合功放電路等。另外，目前集成功放發(fā)展也很迅速，現(xiàn)在TDA200X系列五端單片集成功放性能優(yōu)良，功能齊全，并附有各種保護(hù)、消躁電路，使外接元件大大減少，而且，便于安裝，所以，應(yīng)用已相當(dāng)廣泛。讀者可以根據(jù)要求與實驗條件自選電路。系統(tǒng)工作需要的直流電源由電源模塊提供。直流穩(wěn)壓電源原理框圖及波形圖1）電源變壓器 將市電交流電壓轉(zhuǎn)換為符合整流需要的幅值較低的交流電壓。2）整流電

4、路 利用整流元件，將正弦交流電壓變?yōu)閱蜗蛎}動電壓。3）濾波電路 利用電容、電感元件將直流脈動電壓中的諧波成分濾除掉，使之變?yōu)楸容^平滑的脈動直流電壓。 4）穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路的作用是使直流輸出電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載變動的影響。貫穿本次實驗主要內(nèi)容是“放大”，和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)內(nèi)容相同。什么是放大？如何正確理解電子電路的放大？從電子學(xué)的概念看：放大的本質(zhì)是能量的控制和轉(zhuǎn)換。放大的基本特征是功率放大。能夠控制能量的元件叫做有源器件。放大電路的基本要求是不失真。其他概念建立工程化的概念，多和實際相聯(lián)系。如電阻的阻值，其實是在其標(biāo)稱值某個范圍內(nèi)變化的，并不等同于標(biāo)稱值。實驗調(diào)試中會遇到很多問題，

5、如外部干擾等等，具體問題具體分析。麥克風(fēng)簡介n 麥克風(fēng)，學(xué)名為傳聲器，由Microphone翻譯而來。傳聲器是將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件，也稱話筒，麥克風(fēng)，微音器。 目前，市場上銷售的麥克風(fēng)主要分為兩大類：一類是動圈式話筒。其主要特點是音質(zhì)好，不需要電源供給，但價格相對較高。另一類話筒是駐極體話筒。其特點是耐用，靈敏度較高，需要1.53V的電源供給，音質(zhì)比同價位的動圈式話筒要差一些。但其價格相對較低，適合作播音麥克風(fēng)。動圈式話筒用的是電磁感應(yīng)的原理：聲音的震動帶動在磁場中的線圈震動，這一震動將切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?。?yōu)點是：音質(zhì)好，不需要電源供給。駐極

6、體傳聲器有兩塊金屬極板，其中一塊表面涂有駐極體薄膜（多數(shù)為聚全氟乙丙烯）并將其接地，另一極板接在場效應(yīng)晶體管的柵極上，柵極與源極之間接有一個二極管。當(dāng)駐極體膜片本身帶有電荷，表面電荷地電量為Q，板極間地電容量為C，則在極頭上產(chǎn)生地電壓U=Q/C，當(dāng)受到振動或受到氣流地摩擦?xí)r，由于振動使兩極板間的距離改變，即電容C改變，而電量Q不變，就會引起電壓的變化。電壓變化的大小，反映了外界聲壓的強弱，這種電壓變化頻率反映了外界聲音的頻率，這就是駐極體傳聲器的工作原理。 電容式麥克風(fēng)的膜片多采用聚全氟乙丙烯，其濕度性能好，產(chǎn)生的表面電荷多，受濕度影響小。由于這種傳聲器也是電容式結(jié)構(gòu)，信號內(nèi)阻很大，為了將聲音

7、產(chǎn)生的電壓信號引出來并加以放大，其輸出端也必須使用場效應(yīng)晶體管。優(yōu)點：保真度好。放大的概念和放大電路的主要性能指標(biāo)1.放大的概念用小的變化量去控制一個較大的量的變化。要求不失真的“線性放大”。放大電路利用晶體管實現(xiàn)能量的控制與轉(zhuǎn)換。放大作用的實質(zhì)就是有源器件的電流、電壓或功率的控制作用。輸出的較大能量來自于直流電源Vcc，而不是有源器件。放大電路中能夠控制能量轉(zhuǎn)換的元件稱為有源元件（如晶體管、場效應(yīng)管、集成運算放大電路）。放大電路的組成擴(kuò)音機示意圖：一般包含電壓放大電路和功率放大電路。電壓放大電路將微弱電壓加以放大從而推動功率放大電路，通常工作在小信號狀態(tài)。功率放大電路輸出較大的功率，推動執(zhí)行

8、元件，工作在大信號狀態(tài)。2.放大電路的性能指標(biāo)輸入為小信號時（測試信號為正弦波）（1）放大倍數(shù)（或增益） 衡量放大電路的放大能力，定義為輸出變化量與輸入變化量之比。根據(jù)輸入量與輸出量的不同，將放大電路分為四種類型：電壓放大電路；電流放大電路；互導(dǎo)放大電路；互阻放大電路。n 電壓放大電路基本示意圖（輸入量與輸出量都是電壓）電壓增益：輸出電壓與輸入電壓之比。源電壓增益： 輸出電壓與信號源電壓之比。（2）輸入電阻Ri從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻。定義為輸入電壓有效值Ui和輸入電流有效值Ii之比。 Ri表明放大電路從信號源索取電流或電壓的能力。Ri越大，電流越小，Ui越接近 Us ，信號電壓Us損

9、失越小。輸入信號源是內(nèi)阻很小的電壓源時，要求輸入電阻盡量大，以保證信號源電壓損失盡可能小。輸入信號源是內(nèi)阻很大的電流源時，要求輸入電阻盡量小，以保證信號源電流盡可能多流進(jìn)放大電路。利用Ri和Rs可以求出電壓增益與源電壓增益的關(guān)系式。（3）輸出電阻RoRO表明放大電路的帶負(fù)載能力(指負(fù)載變化時輸出電壓的變化情況）。Ro越小，放大電路帶電壓負(fù)載的能力越強。（ Ro小，RL變化時，UO變化小) 放大電路的輸出量為電壓，要求輸出電壓盡量不受負(fù)載變化影響，電路的輸出電阻應(yīng)盡量小。放大電路的輸出量為電流，要求輸出電流盡量不受負(fù)載變化影響，電路的輸出電阻應(yīng)盡量大。Ri 、Ro是為描述電路在相互連接時彼此之間

10、產(chǎn)生影響而引入的參數(shù)。（4）通頻帶fbw是用于衡量放大電路對不同頻率信號的放大能力的技術(shù)指標(biāo)。功率放大電路概述 1.功率放大電路的特點和要求功放電路不僅要有足夠大的輸出電壓 , 而且還應(yīng)有足夠大的輸出電流，才能提供足夠大的輸出功率。放大管工作在極限應(yīng)用狀態(tài)。功放電路從組成、元器件的選擇到分析方法，都與小信號放大電路不同。通常要求：1） 輸出功率盡可能大；2） 轉(zhuǎn)換效率要高 ；3） 非線性失真要??；4）考慮功放電路中晶體管的選擇和散熱問題；（接近極限運用狀態(tài)） 2.輸入信號幅值較大時1）非線性失真系數(shù)D指輸出波形中的諧波成分總量與基波成分之比(各次諧波有效值與基波有效值之比）。2）最大不失真輸出

11、電壓當(dāng)輸入電壓再增大時就會使輸出波形產(chǎn)生非線性失真時的輸出電壓（非線性失真系數(shù)不超過規(guī)定的最大輸出電壓）?？杀硎緸椋鹤畲筝敵龇?Uom)M 最大輸出有效值(Uo)M3）最大輸出功率(Po)M和效率h 最大輸出功率指在輸出波形基本不失真的情況下，負(fù)載上能夠獲得的最大交流功率。效率指直流電源能量的利用率。 集成運放電路1、通用型集成運放：晶體管構(gòu)成F007(A741)、F324(LM324)場效應(yīng)管構(gòu)成C14573 2、集成運放的符號及電壓傳輸特性3、集成運放的特點：1）是雙端輸入、單端輸出的放大電路。2）差模放大倍數(shù)高。3）輸入阻抗高，輸出阻抗低。4）共模抑制比高，能較好的抑制溫漂。共模信號：

12、大小相等、極性相同的信號 差模信號 ：大小相等、極性相反的信號。 4、集成運放的使用1）正確辨認(rèn)管腳(目前未完全標(biāo)準(zhǔn)化)2）調(diào)零或調(diào)偏置電壓 對于內(nèi)部無自穩(wěn)零措施的運放,在外部要加調(diào)零電路；若為單電源供電,有時還需設(shè)置合適的靜態(tài)輸出電壓,以便能放大雙極性信號.3）消除自激振蕩在電源端加去耦電容，有的需外接頻率補償電容.5、集成運放應(yīng)用分類根據(jù)在不同電路中集成運放所處的工作狀態(tài)，可以把集成運放的應(yīng)用分為兩大類：線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用 1）線性應(yīng)用 集成運放輸出量與凈輸入量成線性關(guān)系。但是，整個應(yīng)用電路的輸出與輸入之間仍可能是非線性的關(guān)系。 2）非線性應(yīng)用 集成運放的輸出量與凈輸入量成非線性關(guān)系，輸

13、出量不是處于正飽和值就是負(fù)飽和值。本實驗的各種電路，集成運放均是線性應(yīng)用 。線性應(yīng)用電路的分析方法設(shè)集成運放同相輸人端和反相輸入端的電位分別為 U+、U-，電流分別為I+、I-。當(dāng)理想集成運放工作在線性區(qū)時，應(yīng)滿足： “虛短”和 “虛斷”虛短路：U+U-，是指集成運放的兩個輸入端電位無窮接近，但不是真正短路。虛地：當(dāng)集成運放的一個輸入端電位為地時，則另一端為“虛地”點（由虛短推出）。虛斷路：I+=I-0 ，指集成運放兩個輸入端的電流趨于零，但不是真正斷路?；具\算電路集成運放構(gòu)成負(fù)反饋（深度負(fù)反饋）時，工作在線性區(qū)，完成運算功能比例、加減、積分、微分、對數(shù)、指數(shù)、乘法和除法等運算電路。如何判斷

14、工作在負(fù)反饋工作狀態(tài)？對于單運放構(gòu)成電路，只要反饋在反相輸入端，就工作在負(fù)反饋狀態(tài)。（1）反相比例運算電路輸出電壓：Uo=-RFR1Ui輸入電阻：Ri=R1輸出電阻：Ro=0（2）加法運算電路四、實驗內(nèi)容1、根據(jù)要求設(shè)計各級電路，并進(jìn)行仿真、調(diào)試、分析。2、連接各級實際電路，并進(jìn)行調(diào)試。（1） 前置放大電路靜態(tài)調(diào)試：調(diào)零和消振。動態(tài)調(diào)試：以正弦信號為信號源，幅值、頻率自選，觀察輸出波形失真情況，測量放大電路的差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)、共模抑制比、輸入電阻、輸出電阻、幅頻特性。（2） 功率放大電路靜態(tài)調(diào)試：觀察有無振蕩，如有，采取消振措施。測量靜態(tài)工作點，從各個方面（比如：波形失真、功

15、耗、效率等）考慮看其是否合適。 動態(tài)調(diào)試：加入動態(tài)信號，測量最大輸出功率、電源所提供的平均功率、求出效率、電壓增益。將以上測量結(jié)果與理論值比較，看是否滿足要求。3、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)將各級電路連接起來，加入信號，進(jìn)行統(tǒng)一靜態(tài)、動態(tài)（觀察波形，測量最大不失真輸出電壓范圍，電壓放大倍數(shù)，帶寬等）調(diào)試。加入語音信號，試聽效果。五、實驗報告1、畫出總電路原理圖，說明選擇此方案的原因及電路原理。2、分析測試結(jié)果。3、寫出實際安裝、調(diào)試中遇到的問題及解決辦法。實驗二 RC有源濾波器設(shè)計1、實驗內(nèi)容本實驗設(shè)計一個二階壓控電壓源寬帶濾波器，要求能抑制低于300Hz和高于3000Hz的信號，整個通帶增益為8dB。要求：（

16、1）設(shè)計二階RC帶通濾波器電路，計算電路元件參數(shù)，擬定測試方案和步驟；（2）在multisim里仿真電路，測量并調(diào)整靜態(tài)工作點；（3）測量技術(shù)指標(biāo)參數(shù)；（4）測量有源濾波器的幅頻特性；（5）寫出設(shè)計報告。2、實驗?zāi)康模?）學(xué)習(xí)RC有源濾波器(低通、高通、帶通、帶阻)的設(shè)計方法；（2）由濾波器設(shè)計指標(biāo)計算電路元件參數(shù)；（3）掌握有源濾波器的測試方法；（4）測量有源濾波器的幅頻特性。3、實驗原理有源濾波電路是用有源器件與RC網(wǎng)絡(luò)組成的濾波電路，種類很多，按其帶通的性能劃分，可分為低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器。根據(jù)本實訓(xùn)的要求應(yīng)該選用一帶寬與實際輸入有用信號相一致的有源帶通濾波器。帶通濾波器最

17、大電壓峰值出現(xiàn)在中心頻率f,0的頻率點上。（1） 原理圖設(shè)計1）低通濾波器低通濾波器是用來通過低頻信號衰減或抑制高頻信號。如圖1（a）所示，為典型的二階有源低通濾波器。它由兩級RC濾波環(huán)節(jié)與同相比例運算電路組成，其中第一級電容C接至輸出端，引入適量的正反饋，以改善幅頻特性。圖1（b）為二階低通濾波器幅頻特性曲線。圖1 二階低通濾波器2）高通濾波器高通濾波器用來通過高頻信號，衰減或抑制低頻信號。將圖1低通濾波電路中起濾波作用的電阻、電容互換，即可變成二階有源高通濾波器，如圖2(a)所示。高通濾波器性能與低通濾波器相反，其頻率響應(yīng)和低通濾波器是“鏡象”關(guān)系。圖2（b）為二階高通濾波器幅頻特性曲線。

18、圖2 二階高通濾波器3）帶通濾波器帶通濾波器的作用是只允許在某一個通頻帶范圍內(nèi)的信號通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑制。典型的帶通濾波器可以從二階低通濾波器中將其中一級改成高通而成。如圖3（a）所示。本電路的優(yōu)點是改變Rf和R4的比例就可改變頻寬而不影響中心頻率。圖3（b）為二階高通濾波器的幅頻特性曲線。圖3 二階帶通濾波器4）帶阻濾波器帶阻濾波器和帶通濾波器相反，即在規(guī)定的頻帶內(nèi)，信號不能通過（或受到很大衰減或抑制），而在其余頻率范圍，信號則能順利通過。典型的帶通濾波器可以在雙T網(wǎng)絡(luò)后加一級同相比例運算電路構(gòu)成。如圖4（a）所示。圖4（b）為二階帶阻濾波器的幅頻特

19、性曲線。圖4 二階帶阻濾波器 （2） 濾波器的傳輸函數(shù)與性能參數(shù)由RC元件與運算放大器組成的濾波器稱為RC有源濾波器，其功能是讓一定頻率范圍內(nèi)的信號通過，抑制或急劇衰減此頻率范圍以外的信號，因受運算放大器帶寬限制，這類濾波器僅適用于低頻范圍，根據(jù)頻率范圍可將其分為低通、高通、帶通與帶阻四種濾波器，它們的幅頻特性如下圖所示，具有理想特性的濾波器是很難實現(xiàn)的，只能用實際特性去逼近理想的，常用的逼近方法是巴特沃斯最大啊平坦響應(yīng)和切比雪夫等波動響應(yīng)。在不許帶內(nèi)有波動時，用巴特沃斯響應(yīng)較好，如果給定帶內(nèi)所允許的紋波差，則切比雪夫響應(yīng)較好。1）濾波器的傳輸函數(shù)表1 二階RC濾波器的傳輸函數(shù)表類型傳輸函數(shù)性

20、能參數(shù) 低通 電壓增益低、高通濾波器的截止角頻率帶阻塞、帶阻濾波器的中心角頻率BW帶通、帶阻濾波器的帶寬 高通 帶通 帶阻2）單元電路性能參數(shù)低通濾波器二階低通濾波器的通帶增益 截止頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。 品質(zhì)因數(shù)，它的大小影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。高通濾波器 二階高通濾波器的通帶增益 截止頻率，它是二階高通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。 品質(zhì)因數(shù)，它的大小影響高通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。帶通濾波器 通帶增益 中心頻率 通帶寬度 選擇性 帶阻濾波器通帶增益 中心頻率 帶阻寬度 B2（2Aup）f0

21、選擇性 （3）元件參數(shù)的計算1）二階低通濾波器二階低通濾波器性能參數(shù)表達(dá)式為C2/（CC1RR1） (1-1)Q=0.707C/Q=1/R1C+1/R2C+(1+AV)/R2C1 (1-2)AV=1+R4/R3 (1-3)2）二階高通濾波器二階高通濾波器性能參數(shù)表達(dá)式為C2/（CC1RR1） (2-1)Q=0.707C /Q=1/R1C+1/R2C+(1+AV)/R2C1 (2-2)AV=1+R4/R3 (2-3)3）二階帶通濾波器二階帶通濾波器性能參數(shù)表達(dá)式為C2(1/R1+1/R3)/R2C2 (3-1)Q=0/BW (3-2)AV=1+R4/R5(AV2) (3-3)4）二階帶阻濾波器二

22、階帶通濾波器性能參數(shù)表達(dá)式為1/R3=1/R1+1/R2 (4-1)02=1/R1R2C2 (4-2)AV=1 本實驗設(shè)計一帶通濾波器，帶通濾波器的帶寬越窄，選擇性越好，也就是電路的品質(zhì)因數(shù)Q值越高（Q=），高Q值的濾波器有大的輸出電壓；反之，低Q值的濾波器帶寬較寬，有較小的輸出電壓。我們所熟悉的RC橋式振蕩電路其實就是一個選擇性很好的有源帶通濾波器。該電路在滿足R1=R2=R，C1=C2=C的條件下，Q值與中心頻率f,0分別為： 式中： 另外，也可以用一個低通濾波器和一個高通濾波器串聯(lián)起來組成一帶通濾波器，用該方法構(gòu)成的帶通濾波器通帶較寬，截止頻率易于調(diào)整，多用作測量信號噪聲比的音頻帶通濾波

23、器。如圖所示的帶通濾波器，頻率范圍300Hz-3000Hz，整個通帶增益為8 dB，非常適合語音放大。四、實驗內(nèi)容1、根據(jù)要求設(shè)計各級電路，并進(jìn)行仿真、調(diào)試、分析。五、實驗報告1、畫出電路原理圖，說明選擇此方案的原因及電路原理。2、分析仿真測試結(jié)果。實驗三 數(shù)字頻率計設(shè)計（仿真）1、實驗內(nèi)容本實驗設(shè)計一簡易數(shù)字頻率計，其基本要求是：1)測量頻率范圍09999Hz；2)最大讀數(shù)9999HZ,閘門信號的采樣時間為1s；.3)被測信號可以是正弦波、三角波和方波；4)顯示方式為4位十進(jìn)制數(shù)顯示；5)使用EWB進(jìn)行仿真；6)輸入信號最大幅值可擴(kuò)展。2、實驗?zāi)康?1）了解數(shù)字頻率計測頻與測周的基本原理；(

24、2) 熟悉掌握數(shù)字頻率計的設(shè)計與調(diào)試方法及減小測量誤差的方法。3、實驗原理數(shù)字頻率計是直接用十進(jìn)制的數(shù)字來顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它不僅可以測量正弦波、方波、三角波和尖脈沖信號的頻率 ，而且還可以測量它們的周期。所謂頻率就是在單位時間（1s）內(nèi)周期信號的變化次數(shù)。若在一定時間間隔T內(nèi)測得周期信號的重復(fù)變化次數(shù)為N，則其頻率為f=N/T，據(jù)此，設(shè)計方案框圖如圖1所示：圖1 數(shù)字頻率計組成框圖（1）整體電路設(shè)計如圖2（a），2（b）為數(shù)字頻率計的工作過程圖 圖2（a） 數(shù)字頻率計的組成框圖 圖2（b） 數(shù)字頻率計的工作時序波形數(shù)字頻率計的工作過程是：被測信號f經(jīng)脈沖電路整形，變成如所示的脈

25、沖波形，其周期T與被測信號的周期相同。實際電路輸出標(biāo)準(zhǔn)時間信號，設(shè)其高電平持續(xù)時間為1s，計數(shù)器的計數(shù)時間就是1s，計數(shù)器計得的脈沖數(shù)N（如圖所示）就是被測信號的頻率。邏輯控制單元的作用有兩個：其一，產(chǎn)生清零脈沖，使計數(shù)器每次從零開始計數(shù)；其二，產(chǎn)生所存信號，是顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定不變。這些信號之間的時序關(guān)系如圖2（b）所示數(shù)字頻率計由時基電路、控制電路、閘門電路、計數(shù)鎖存和清零電路、脈沖形成電路和譯碼顯示電路組成（2）單元電路設(shè)計1）邏輯控制電路根據(jù)圖2(b)所示時序波形，在標(biāo)準(zhǔn)時間信號結(jié)束時所產(chǎn)生的下降沿用來產(chǎn)生鎖存信號 ，同時鎖存信號經(jīng)過反相器有用來產(chǎn)生清零信號，鎖存信號的脈沖寬度由本身電

26、路的時間常數(shù)決定。因此這兩個脈沖信號和可疑由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生，其電路如圖3所示設(shè)鎖存信號的脈沖寬度t=1.1RC若取R=1000 K、C=0.01 Uf,則，t=1.1RC=0.011s。圖3 控制電路2）鎖存器和清零鎖存器的作用是將計數(shù)器在1s結(jié)束時的計數(shù)值進(jìn)行鎖存，使顯示器獲得穩(wěn)定的測量值。因為計數(shù)器在1s內(nèi)要計算成千上萬個輸入脈沖，若不加鎖存器，顯示器上的數(shù)字將隨計數(shù)器的輸出而變化，不便于讀數(shù)。如圖2所示，1s的計數(shù)結(jié)束時。邏輯控制電路發(fā)出的鎖存信號，將計數(shù)器此時的值送到譯碼器，因此顯示器的數(shù)字是穩(wěn)定的。選用了兩片8D鎖存器74LS273可以完成上述鎖存功能。74LS273的真值表如表1

27、所示。表1 74LS273真值表當(dāng)時鐘脈沖CP的上升沿到來時，鎖存器的輸出等于輸入，即Q=D。從而將4個十進(jìn)制計數(shù)器即個位、十位、百位、千位的輸出值送到鎖存器的輸出端。正脈沖結(jié)束后，無論輸入端D為何值，輸出端Q的狀態(tài)仍然保持原來的狀態(tài)。所以在計數(shù)周期內(nèi)，計數(shù)器的輸出不會送到譯碼顯示器。清零信號是在計數(shù)器的計算值送鎖存后，為了下次計數(shù)而把計數(shù)器進(jìn)行清零，所以在鎖存信號發(fā)出后，利用反相器的功能得到一個對計數(shù)器清零的延時信號。有計數(shù)器74LS90的R9（0）端接低電平，而把R0(1)作為清零輸入，該清零信號是高電平有效，而鎖存信號也是高電平有效，而且計數(shù)器清零必須在單穩(wěn)觸發(fā)信號之后，故在延遲反相器的

28、基礎(chǔ)上再加個反相器得到計數(shù)器的清零信號。3）脈沖形成電路脈沖形成電路的作用是將待測信號（如正弦波、三角波或者其他呈周期性變化的波形）整形為計數(shù)器所要求的脈沖信號，其周期不變。將其他波形變換成脈沖波的電路有多種，如施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、比較器等，其中施密特觸發(fā)器的應(yīng)用較多。電路形式采用555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器，電路原理如圖4（a） 所示。 圖中R1與R2的作用是將被測信號進(jìn)行電平移動，因為555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器的上觸發(fā)電平UT+ =2/3Ucc，下觸發(fā)電平UT-=1/3Ucc，如圖4（b）所示。4(a) 原理圖 圖4（b） 波形圖輸入信號的直流電平Uxo應(yīng)該滿足下列關(guān)系1/3Ucc<

29、;Uxo<2/3Ucc。輸入信號的幅度Uxm與直流電平Uxo和回差UT有關(guān)，一般說來，UT越小，對輸入信號的幅值Uxm要求越小，如果需要減小回差，可以在555的控制端CO接入一個正電壓。如果取+Ucc=+5V,回差UT=1.67V。對于圖4（b）所示的波形圖，若取Uxo=1/3Ucc+1/2UT=2.5V,則輸入信號幅度為 Uxm>1/2UT=0.83V.為使Uxo=2.5V，對于圖4（a）所示電路，則取R1=R2=10K。4）時基電路和閘門電路如圖2（a）所示，閘門電路是控制計數(shù)器計數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)時間信號，決定了被測信號的脈沖通過閘門進(jìn)入計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)個數(shù)，其精度很大程度上決定了

30、頻率計的頻率測測量精度。當(dāng)要求頻率測量精度高時，應(yīng)使用晶體振蕩器通過分頻獲得。在此頻率計中，時基信號采用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器電路，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)時間信號（1s高電平）來到時，閘門開通，被測信號的脈沖通過閘門進(jìn)入計數(shù)器計數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)時間脈沖結(jié)束時（為低電平），閘門關(guān)閉，計數(shù)器無時鐘脈沖輸入。例如，時基信號的作用時間為1s，閘門電路將打開1s，若在這段時間內(nèi)通過閘門電路的脈沖數(shù)目為1000個，則被測信號的頻率就是1000Hz。由此可見閘門電路的邏輯功能可以有一個與非門來完成，如圖5所示圖5 標(biāo)準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生的閘門電路設(shè)標(biāo)準(zhǔn)時基為1s的脈沖是由555定時器構(gòu)成的多謝振蕩器電路產(chǎn)生的，由555定時器構(gòu)成的多諧

31、振蕩氣的周期計算公式：t=t1+t2=0.693（R1+2R2）C；占空比為：D= t2/ t1+t2= R2/ R1+2R2<50%，t1為正方波的寬度，t2為負(fù)方波的寬度；若取振蕩器的頻率f0=1/ t1+t2=0.8HZ,則振蕩器的輸出波形如圖6所示，其中t1=1s，t2=0.25s。圖6 閘門電路各波形特點利用式t10.693（R1+R2）C；t20.693R2C。若取C=10Uf，則R2=36.07K,取標(biāo)稱值為36K；R1=108.22K,取R1=108K。門電路的輸入輸出個點波形如圖6所示。5）被測信號幅度擴(kuò)展電路采用圖7所示電路，可以擴(kuò)展被測信號幅度范圍。輸入信號Ux先經(jīng)

32、過限幅器，在經(jīng)過施密特觸發(fā)器整形。當(dāng)輸入信號的幅度較小時，限幅器的二極管均截止，不起限幅作用。圖7 幅度范圍擴(kuò)大電路（3）整體電路圖圖8 整體電路圖經(jīng)過以上各單元電路的設(shè)計，可以得到數(shù)字頻率計數(shù)器的整體電路；如圖8所示。電路的工作過程是：接通電源后，出發(fā)手動復(fù)位開關(guān)S，計數(shù)器清零。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)時間秒脈沖到來時，與非門構(gòu)成的閘門電路開通，4片74LS90組成的計數(shù)器開始計數(shù)，最大計數(shù)N=9999HZ。標(biāo)準(zhǔn)時間秒脈沖結(jié)束時所產(chǎn)生的負(fù)跳變觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器使之產(chǎn)生正脈沖，它的正跳變作為鎖存器74LS273的鎖存時鐘脈沖，是鎖存器的輸出等于此時計數(shù)器的值。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的脈沖經(jīng)過兩個與非門延時，用來對計數(shù)器

33、清零，從而完成一次測量。下一個秒脈沖來到時又按照計數(shù)鎖存復(fù)位的過程完成第二次測量，如此的周而復(fù)始，實現(xiàn)頻率的自動測量。四、實驗內(nèi)容1、根據(jù)要求設(shè)計各單元電路，并進(jìn)行仿真、調(diào)試、分析。2、整體聯(lián)調(diào)將各單元電路連接起來仿真調(diào)試。五、實驗報告1、畫出總電路原理圖，說明選擇此方案的原因及電路原理。2、分析測試結(jié)果。3、寫出調(diào)試中遇到的問題及解決辦法。實驗四 救護(hù)車振鈴電路設(shè)計1、實驗內(nèi)容本實驗設(shè)計和制作一救護(hù)車振鈴電路。要求：（1）采用兩個555時基電路組成兩個多謝振蕩器；（2）第一個時基電路產(chǎn)生低頻振蕩，振蕩頻率為700Hz，第二個時基電路產(chǎn)生振蕩頻率約為1400Hz，使揚聲器發(fā)出嗚嗚的聲音；（3）

34、畫出仿真波形；（4）寫出設(shè)計總結(jié)報告。2、實驗?zāi)康模?）熟悉555定時器引腳排列；（2）掌握555定時器的邏輯功能與使用方法；（3）了解音響電路的組成與工作原理，并熟悉其設(shè)計及制作。3、實驗原理（1）設(shè)計方案該電路主要通過兩片555定時器模擬救護(hù)車揚聲器發(fā)聲電路，輸出周期性變化的高頻信號和低頻信號，驅(qū)動揚聲器發(fā)出高音低音周期交替的警報聲。其電原理圖如圖1所示。圖1 救護(hù)車振鈴電路圖將兩片555定時器分別連接成多諧振蕩器，其中555（1）的作用是控制高頻聲音和低頻聲音的持續(xù)時間，其輸出Vo1是555（2）的控制電壓；555（2）的作用是控制高低音的頻率，作為壓控振蕩器將555（1）輸出的高低電平

35、轉(zhuǎn)化為頻率，驅(qū)動揚聲器發(fā)出響聲。555（1）主要通過輸出占空比一定的方波信號控制555（2）的控制端電壓，當(dāng)輸出為高電平時，555（2）控制電壓端為高電平，由振蕩頻率f的計算公式可知此時振蕩頻率較低，為低音；相對應(yīng)，當(dāng)輸出為低電平時，555（2）控制電壓端為低電平，此時振蕩頻率較高，為高音。而高低音的持續(xù)時間則由555（1）決定。（2）技術(shù)原理1）555定時器器件特性555定時器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來方便。 集成時基電路555的電源電壓范圍較寬，可在516V范圍內(nèi)使用（TTL型，若為CMOS型的555芯片，則電壓范圍可在218V 內(nèi)），電路的

36、輸出有緩沖器，因而有較強的帶負(fù)載能力。雙極型時基集成電路最大的灌電流和拉電流都在200mA左右，因而可直接推動TTL或CMOS電路中的各種電路，包括能直接推動蜂嗚器、小型繼電器、喇叭和小型電動機等器件。集成555定時器有雙極性型和CMOS型兩種產(chǎn)品。它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。其主要參數(shù)見表1.表1(a)雙極性型5G555的主要性能參數(shù)參數(shù)名稱符號單位參數(shù)電源電壓VCCV516電源電流ICCmA閾值電壓VTHVVCC觸發(fā)電壓VTRVVCC輸出低電平VOLV1輸出高電平VOHV13.3最大輸出電流IOMAXmA200最高振蕩頻率fMAXKHz300時間誤差tnS5 VTH即Vi1 ,V

37、TR即Vi2 。 (b) CMOS型7555的主要性能參數(shù)參數(shù)名稱符號單位參數(shù)電源電壓VCCV318電源電流ICCA60閾值電壓VTHVVDD觸發(fā)電壓VTRVVDD輸出低電平VV0.1輸出高電平VV14.8最大輸出電流IOMAXmA200最高振蕩頻率fMAXKHz500時間誤差tnS基于以上對555定時器參數(shù)及性能的分析，認(rèn)為以555定時器搭建的電路能夠驅(qū)動小功率揚聲器發(fā)音，選擇適當(dāng)?shù)耐獠侩娮桦娙莸绕骷c555定時器配合使用能夠使此設(shè)計得以實現(xiàn)。圖3 555定時器邏輯符號和引腳2）555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理圖2 555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)：555定時器的內(nèi)部電路框圖及邏輯符號和管腳排列

38、分別如圖2和圖3所示。Vi1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為TH。Vi2（）：低電平觸發(fā)端，簡稱低觸發(fā)端，標(biāo)志為。VCO：控制電壓端。VO：輸出端。Dis：放電端。：復(fù)位端。555定時器內(nèi)含一個由三個阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生VCC和VCC兩個基準(zhǔn)電壓；兩個電壓比較器C1、C2；一個由與非門G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器（低電平觸發(fā)）；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3。是復(fù)位端，低電平有效。復(fù)位后, 基本RS觸發(fā)器的端為1（高電平），經(jīng)反相緩沖器后，輸出為0（低電平）。VCO為控制電壓端，在VCO端加入電壓，可改變兩比較器C1、C2的參考電壓。不加控制電壓時，要在VCO和地之間接001F（電容量標(biāo)記為103）電容。放電管Tl的輸出端Dis為集電極開路輸出。工作原理：分析圖2的電路：在555定時器的VCC端和地之間加上電壓，當(dāng)VCO懸空時