电子测量综合实验报告555信号发生器.docx
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电子测量综合实验报告555信号发生器
电子测量综合实验报告
555信号发生器
报告人:
学号：
专业：
指导教师：
2020年12月10日
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
一、实验目的
1、将电子测量课程所学的测量原理、数据处置、误差分析等知识用于实践，学以致用；
2、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进程；
3、熟悉各测量仪表的利用，提高实际动手操作能力。
二、实验任务与要求
一、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；
二、该信号发生器频率和幅值可调；
3、各误差操纵在合理范围内。
三、设计方案论证
一、实验方案
本信号发生器利用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
二、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，普遍用于信号的产生、变换、操纵与检测。
在数电中咱们学习了由其组成的施密特触发器、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，此处再也不赘述。
四、整体电路设计和分析计算
一、电路各部份功能分析
一、发光二极管VD为电源指示灯；
二、C1为电源滤波电容；
3、C2为按时电容，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）；
五、隔直电容，还能够隔离前后网络；
六、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份，并再次积分产生近
似正弦波；
二、理论分析计算
（1）电容C2充电所需的时刻为：
Tph=（R3+R2+RP）C2㏑2
电容C2放电所需的时刻为：
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脚高电平常输出电源电压5V，那么矩形波峰峰值理论值为U1=5V;
后面RC网络的电压增益别离为
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）调剂RP的阻值时，Tph、Tph1改变，致使占空比和频率
改变（
改变），又致使|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
五、电路仿真分析
一、Multisism仿真电路原理图
二、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
%
三角波
正弦波
RP=100%时
仿真波形
周期
峰峰值
占空比
矩形波
%
三角波
正弦波
可得，频率范围~
频率覆盖系数
又试用了一下探针测量（如以下图），结果与上表一致，再也不重复记录。
RP=0%
RP=100%
4、利用Multisim中的万用表测量交流输出电压、电流、阻抗。
注：
测量时视数会转变。
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
三角波
正弦波
uw
RP=100%
交流输出电压
交流输出电流
输出功率P=VI
矩形波
三角波
正弦波
uw
其实功率本来能够用瓦特表直接测但正弦波功率过小使视数到0
因此在此不利用瓦特表直接测量
六、其它仿真结果分析
（1）刚开始仿真时，三个波形都不稳固如图，需过一段时刻才会稳固。
缘故是各电容充放电需要时刻，会产生必然的时延。
用示波器测量该延迟时刻大致为：
矩形波
三角波
正弦波
（2）利用Multisim中的多通道示波器
将矩形波、三角波、正弦波显示在一个屏幕上。
那么可直观地看出：
（1）三种波的周期大体相同；
（2）矩形波高电平常积分电容C5充电，矩形波低电平常积分电容放电；（3）由电平的高低可知积分电容C5使三角波相角比矩形波少90度，而电容C六、C7使正弦波相角比三角波少大约180度（反相）。
六、电路安装与调试
本学期的Multisim、protel实习期中以后才开始，因此本实验电路板制作时只会用万用板焊接导线。
从调试结果上看，电路板的制作仍是比较成功的，第一次调试三种波形就都出来了，频率、幅值也可调（但幅度不大），制作大体达到了预期目的。
七、实验结果和误差分析
一、部份测量波形截图
二、大体波形测量结果
RP=0%时
测量波形
峰峰值
频率
有效值
矩形波
三角波
180mv
正弦波
4mv
RP=100%时
测量波形
峰峰值
频率
有效值
矩形波
810HZ
三角波
260mv
正弦波
11mv
810HZ
各标准值与实际值对照表
标准值
实际值
电源
5V
电阻R1
510Ω
504Ω
电阻R2
1K
电阻R3
62K
电阻R4
10K
电阻R5
10K
电阻R6
10K
3、未得出其它参数的说明：
（1）占空比：
因为（R3+RP）远大于R2,因此占空比
=
≈50%，再也不测量；
（2）交流输出电流、输出功率：
由于万用表测交流电流时必需将表串接入电路，关于已做好的电路板来讲几乎是不切实际的，因此没测交流电流，也就没有计算输出功率。
只是在上面的仿真实验中方便地将万用表串接入电路测了交流电流并计算了输出功率。
（3）由于没有平均值电压表，无法测出均值，进而无法进行波形因数计算。
4、测量数据处置
（1）频率范围到810HZ,
频率覆盖系数
（2）波峰因数
RP=0%
RP=100%
矩形波
三角波
矩形波
五、误差分析
（1）由于隔直电容C4的容抗的分压作用在实际中不容忽略，因此555芯片3脚输出的5V电压通过C4后，再加上其它因素，致使矩形波实测峰峰值为。
而后面的低通滤波电容的分压作用也要考虑，致使三角波、正弦波峰峰值比理论值低。
这些误差仍是相当大的。
（2）频率相对误差
（3）从上面的各标准值与实际值对照表上能够看到，电源电压、电阻阻值都不是标准值。
另外制作这块电路板时导线用网线，除电线的电阻作用外，这种导线胶皮内不是一根铜线，而是一束细丝一样的金属线，在剥皮时很容易断，且焊接时不能保证所有细丝都焊上，这就致使了导线的阻值不均匀。
另外焊点的接触也对误差产生阻碍。
八、实验总结
“汝果欲学诗，功夫在诗外”,当有人请教杜甫如何才能学会作诗时，他如是回答。
关于咱们来讲，专业课的学习，也是”功夫在诗外”。
也确实是说，一味地在课堂上学理论、课下啃书本而缺乏动手实践，是起不到成效的，在电子信息领域，技术能手和优秀工程师不是上课学出来的，而是在实践中靠自己深切钻研成才的。
那个地址的“诗外的功夫”,即是每当碰到新问题时，要普遍查阅资料，深切钻研原理，综合各方面知识提出解决方法，反复论证反复实验最终解决技术问题。
下了如此的功夫，不知不觉就学到了许多东西，专业技术的提升就瓜熟蒂落了。
本次555信号发生器的制作、测量、分析大功告成以后，自己确实学到了很多东西，不但重温了模电的网络参数计算、数电的555及其组成的多谐振荡器，还巩固了利用滤波、隔直电容等电路板制作经常使用技术，也熟练了示波器、万用表等仪器的操作。
筹备此信号发生器之际，还没进行过Multisim、protel实习，那时关于自己动手制作实物是很茫然的。
只能上网找现成的电路原理图，再用万用板一次性制作好。
试想若是有了仿真基础，本次实验必然会选择一个更复杂的电路。
学过Multisim后，便当即进行了仿真，而且为了多测参数的需要，自己又利用了仿真实验课上没接触到的许多仿真仪器如万用表、探针、瓦特表等，仿真时期终止后，Multisim自但是然地熟练了。
在最后的报告时期，不仅巩固了电子测量课上学到的误差分析、波形因数、波峰因数等等概念，在报告的电子档编辑方面，也使出满身解数。
工欲善其事，必先利其器，下载了Mathtype公式编辑器实现分数、符号、角标等的输入；应用windows的画图工具对网上下载的电路原理图依如实际元件进行了调整，并在上面添加了标注。
报告排版时的文档编辑方面的操作技术巩固更不用说了。
万事开头难，从起初的“心茫茫”一路走到了现在的“内心亮”。
在本次实验扫尾之际，本人深感受益良多。
九、附录：
元器件清单
电阻
510Ω（1个）
10KΩ（3个）
1KΩ（1个）
62KΩ（1个）
电容
100uF（1个）
（2个）
（2个）
（1个）
电位器
RP=47K（1个）
发光二极管VD
（1个）
555集成芯片
（1个）
THEEND
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