双脉冲电测课计

一、内容及要求 设.计一个双脉冲发生器，要求信号输出短路电流大于20mA，输出波形如下所示： 要求： ① 周期要求如上图所示。 ② 脉冲峰值大于10V。 二、元器件 ① 7400一片；② 74ls74 一片；③ 9013 3个；④ 电阻；⑤ 电容 元器件功能 1、9013三极管 　　 9013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它，应用范围很广，它是NPN型小功率三极管。也可用作开关三极管。注意:9013功率小于9014，相互替代时应考虑电流大小。 结构 NPN 集电极-发射极电压 25V 集电极-基极电压 45V 发射极-基极电压 0.7V 集电极电流Ic Max 0.5A 耗散功率 0.625W 工作温度 -55℃ ~ +150℃ 特征频率 150MHz 主要用途 放大电路 7400 ：7400是二输入端四与非门芯片，其表达式为 真值表为： 输入A 0 0 1 1 输入B 0 1 0 1 输出F 1 1 1 0 2、74LS74 双D触发器，在TTL电路中，比较典型的d触发器电路有74ls74。74ls74是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发d触发器电路。 　 　　 边沿D 触发器: 负跳沿触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。 　 工作原理: SD 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=0且RD=1时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=1，Q=0，即触发器置1；当SD=1且RD=0时，触发器的状态为0,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。工作过程如下： 1.CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出Q3=Q4=1，触发器的状态不变。同时，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号D，Q5=D，Q6=Q5=D。 2.当CP由0变1时触发器翻转。这时G3和G4打开，它们的输入Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态决定。Q3=Q5=D，Q4=Q6=D。由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q=D。 3.触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。这是因为G3和G4打开后，它们的输出Q3和Q4的状态是互补的,即必定有一个是0，若Q3为0，则经G3输出至G5输入的反馈线将G5封锁，即封锁了D通往基本RS 触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用,故该反馈线称为置0维持线,置1阻塞线。Q4为0时，将G3和G6封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁。Q4输出端至G6反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线；Q4输出至G3输入的反馈线起到阻止触发器置0的作用,称为置0阻塞线。因此，该触发器常称为维持-阻塞触发器。总之，该触发器是在CP正跳沿前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正跳沿后输入即被封锁,三步都是在正跳沿后完成，所以有边沿触发器之称。与主从触发器相比,同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和更高的工作速度。 　 　　 　　 总体思路及分步实现 双脉冲发生器的总体结构如下图所示： 分频电路 驱动 用7400的与非门与电阻、电容组成与非门振荡电路，产生频率为100Hz、占空比为50%的方波，用74ls74的两个D触发器组成的四分频器对原来的方波进行分频后再与原来的方波相与，即可得到周期为40ms、有两个5ms时间持续高电平的波形，用这样的一个波去触发三极管振荡电路（频率为1000Hz），再经过放大后，即可得到设计要求的波形。 方波信号产生电路 左侧非门为G1，右侧非门为G2，该电路有两种工作过程，其一是正反馈过程。如非门G1和非门G2均处于非高电平或低电平，而B点电压上升时，G1输出电压下降，通过G1的耦合使X点电压下降，时G2输出电压上升，又通过C的耦合使A点电压再上升，最终使A降到低电平，B升到高电平。这个过程极短，时瞬间完成的；其二是暂稳态过程。正反馈过程完成后，两个电容开始按指数规律充放电，当其中之一达到阈值电压时，电路又进入正反馈，结果达到另一个暂稳态，如此反复循环，形成振荡。 重复周期 T=1.4RC 2、74ls74的两个D触发器组成的四分频器对原来的方波进行分频后再与原来的方波相与，得到如下波形： 用74ls74的两个D触发器组成的四分频器对原来的方波进行分频后再与原来的方波相与，得到的波形。 4、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.如图 工作原理：A、正反馈: BG1饱和瞬间，VC1由+EC突变到接近于零,迫使BG2的基极电位VB2瞬间下降到接近-EC，于是BG2可靠截止。第一个暂稳态：C1放电， C2充电；翻转:当VB2随着C1放电而升高到+0.5V时,BG2载始导通,通过正反馈使BG1截 止,BG2饱和. B、正反馈:第二个暂稳态：C2放电，C1充电； C、不断循环往复,便形成了自激振荡 振荡周期: T=T1+T2=0.7(RB2*C1+RB1*C2)=1.4RB*C 振荡频率: F=1/T=0.7/RB*C 放大电路 用三极管将前面得到的波形进行幅值放大，并起到稳定电路的作用。 6、整体电路及仿真结果 PCB板的制作 在进入protel99 SE后，首先建立一个DDB文件，选择file菜单下的new菜单，选择新建项目存放方式为DDB以记名 文件存放目录。 A、建立电路图设计图 打开新建项目中的Documents文件，单击右键新建一个名为“Schematic Documents”的文件，也就是电路图设计项目。 打开“Schematic Documents”文件，在屏幕左侧“Browse”的目录下，点击“Add/Remove” 按键，将安装文件下“Sch”中几个常用的库文件添加进来： 在相应的库文件下选择相应的原件，按照事先准备好的电路图连接好。并设置每个元件的名字、参数等等。 B、电气检测 选择“tools”下的“ERC”，进行电气检测，按照下图将“Sheets to Netlist”选为“Active project”，“Net Identifier Scope”选为“Sheet Symbol/Port Connection” 出现错误更改，在原图上进行更改。 C、生成材料 在“BOM Wizard”菜单下依次选择“Sheet”-Next-Footprint-Next-Next-protel Fomat、CSV Fomat、slient spreadsheet-Finish，生成如下图三个材料清单 ……… ………… ………… PCB板的绘制 在 Documents文件下，新建一个PCB1.PCB文件，进入文件，将原理图导入PCB1.PCB文件内，根据原理图上的跳线，绘制PCB板。会直接过如下：（选择双面板）。 A：反面板 B、正面板 C、正反面板 在实验中遇到的问题及解决办法 问题一：第一部分RC振荡电路无法出来波形 将电路连接完毕，首先检查第一部分振荡电路是否产生方波，检查连线无误，连接示波器，调整示波器个旋钮，发现示波器上并无波形，说明第一个振荡并没有工作。 解决一：首先检测74ALS00是否完好，将芯片7管脚接地，14管脚接VCC，给各个管脚分别加入高低电平，依次测量管脚上的波行，根据74ALS00内部的结构，判定各个与非门是否正常工作，测量结果说明74ALS00工作正常。 利用万用表蜂鸣档测量导线、元器件是否有虚接（结果：连接正确）。 怀疑：RC不匹配，导致无法启振，改变电阻、电容的值，多次改变，方波出现但有失真现象。 问题二：四分频电路不分频 将示波器接到四分频后的电路，发现波形的频率和第一部分RC振荡电路一样，说明四分频电路并没有工作。 解决二：首相利用万用表检测，是否有虚接、或者丢掉的地方，发现74LS74的14管脚没有接高电平，还有一处出现虚短的地方，将两处改正确后发现还是无法出现波形。 用示波器，依次检测各个管脚的波形，参考仿真结果，发现芯片在有些管教输入时还是正确的，但输出时就出现错误，因此怀疑芯片出现损坏，更换芯片，发现波形依然无法显示，检查电路，再次更换芯片波形正确。 问题三：1kHz矩形波无法出现 在通过多谢振荡器之后，在产生双脉冲的高电平部分应该产生5个1000Hz的矩形波，但示波器无法显示。说明振荡电路出现错误。 解决三: 利用万用表蜂鸣档测量导线、元器件是否有虚接（结果：连接正确）。 检查元器件是否有损害，特别是三极管，用万用表测量各个管脚之间的电阻值，发现三极管有损害，更换元件。根据前边的经验，更换电阻值，希望RC相互匹配，结果依然没有波形。无意间碰动元件，波形一闪，说明有的元件接触不良。 问题四：当前面波形出来后，加入放大电路，无波形 解决四：由于前面出现过接触不良的现象，按动元器件，波形出现，但十分的不稳。 问题五：由于操作失误，接入12V电源时，接为负12V，导致很多元件被烧毁 解决五：更换元件，重新调试。 七、实验与理论结果的差距及产生原因 1、 在波形上的 首先在100Hz方波上，理论上在通过振荡电路后，因该产生一个标准的方波，但在实际上，波形出现了失真，在高电平的后部分出现一块下滑线，产生原因是在与非门下的电阻R2，但这并不能对后面产生多大的影响，在通过点三个与非门后失真就会消失。 在1kHz方波的地方也会产生失真，但由于后面的放大三极管有稳定波形的作用，通过放大电路后是失真会被明显的改善。 产生是真的原因还有电阻电容不匹配，导线之间相互的电磁干扰…… 元件参数的改变 在理论上两个只能当部分的周期都为T=1.4RC，根据理论和仿真的相结合，在选取参数时，第一部分的振荡R=10k ，电容选择474，但产生的周期并不能达到要求，故将参数往大调最终的参数为R=15 k ，在第二部分的选取参数为C=22nF，R=40 k ，最终调整为C=22nF，R=45.6 k ，原因，一是因为电容，因为不是电解电容，它的容量往往达不到要求。二、元器件之间，每一部分电路之间的相互影响。三、导线磁场之间的相互影响，都会影响所选的参数。 八、实验心得 在进行实验的时候，首先要掌握整体的设计的整体思路，把握每一部分要实现的功能，以及如何实现，比如第一部分的振荡电路，要明白它是如何振荡的，方便后来的出错检查，要知道如何计算它的周期。 除此之外，还要了解各种元件所实现的功能，芯片的功能，清楚地知道各个芯片之间如何彼此带动，相互影响。 在进行连接的时候，细心耐心，当没有达到预期结果的时候，重新检查是否连接错误。可以分布检查每一小部分的电路，缩小查错得范围，这样可以节省时间，更容易发现错误。 若连接无误，依然无法出现结果时，参数设定。是否是RC不匹配导致无法出现振荡。检查电路是一件繁琐的事情，所以一定要细心。 除此之外，通过本次实验，我还学会了如何使用电路板绘制软件PROTEL，了解更多元件的工作原理及如何使用，更好的复习使用示波器测波形。 2011-11-16 100Hz方波产生电路 25Hz方波 与 1kHz方波产生电路 三极管放大电路 输出 _1234567891.unknown _1234567893.unknown _1234567894.unknown _1234567892.unknown _1234567890.unknown