第1章三角波、方波振荡器制作与调试1.1 设计任务设计制作电路同时产生一个三角波和一个方波，它能够自动启动并且没有锁死的问题。

要求做成一个频率从0.1HZ到100KHZ的三角波和方波振荡器。

1.2 总体设计方案根据《模拟电子技术基础》中的信号运算电路可知：积分运算电路是对输入信号电路进行积分运算的电路。

因此我们可以在运放的反馈支路加上合适的电容构成积分电路，当积分电路的输入信号是方波时（假定方波的半周期小于电路积分时间常数τ=RC），电路的输出端的波形是三角波。

根据《数字电子技术基础》中的密特触发器的回差特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形为陡峭的矩形脉冲信号。

其状态转换过程中的正反馈作用。

因此我们可以利用第一输出端所得到的三角波信号作为施密特发生器的输入信号从而得到方波。

这样，就可以用积分电路产生的三角波作为方波发生器的输入信号，再把得到的方波作为三角波发生器的输入信号。

所以此电路没有锁死的问题，而最初的信号来自运放两端的电压激发，这样就能实现自动启动。

1.3系统分析与设计1.3.1 自激振荡由于正反馈的放大倍数趋于无穷大，可以将微弱的信号放大。

而电路中存在噪音，噪音信号引起电路电量波动，虽然很微弱，但它们具有多频谱的特性，即在噪音中含有各次正弦波分量。

这些谐波分量出现在放大电路的输入端，经过运算放大电路741的放大到达输出端。

由于反馈网络的存在又把输出信号回送到电路的输入端。

由于RT引入的反馈是正反馈，那么微弱的噪音就会被不断的放大，使得在电路的输出端出现了具有一定幅值的电信号。

1.3.2 积分运算电路积分运算电路满足输出电压是输入电压的积分关系，通过计算可得到输出电压与输入电压的关系式为U O=-1/RC∫U i dt，图1是实现这一功能的电路，图二为方波转换为三角波的波形图。

图4 积分前后波形图1.3.3 比较器比较器提取了两个输入之差的符号。

当非反相（+）输入的电压高于反相（-）输入的电压时，比较器输出翻转到高工作电压+Vs；当非反相（+）输入的电压低于反相（-）输入的电压时，比较器输出翻转到低工作电压-Vs。

这里的反相（-）输入是接地的，因此这里的比较器实现了函数符号，具有二态输出的特性，只有高和低两种状态，当非反相（+）端连续输入时总有相同的符号。

比较器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。

只要有输入的信号，即可在比较器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。

应用比较器器可以将波形变换的原理，即可将三角波波变成矩形波。

比较器IC2，其中电阻47K为正反馈。

IC1输出的三角波驱动另一个集成电路IC2，输出方波。

将输出的方波通过RT反馈到IC1的输入，IC1 与IC2通过一个电阻耦合，这样就构成了一个连续输出三角波和方波的振荡器。

改变RT就能做成一个频率从0.1HZ到100KHZ的三角波和方波。

1.3.4 信号频率选出信号的频率侧有CT和RT来决定。

而IC1的输出电平在施密特触发器的磁滞电平之间斜升和下降，此时输出的就是三角波。

它的输出又可以驱动下一集成电路。

这样在没有输入的情况下就产生了一个三角波和一个方波。

其频率为()*47=1=60f*RTCTT1.3.5 IC1、IC2放大器IC1、IC2放大器都是741放大器。

741放大器为运算放大器中最常被使用的一种，拥有反相与非反相两输入端，由输入端输入欲被放大的电流或电压讯号，经放大后由输出端输出。

741运算放大器的外型与接脚配置分别如图5、6所示。

图3. 741放大器输出入脚位图741运算放大器使用时需于7、4脚位供应一对同等大小的正负电源电压＋V dc与－V dc，一旦于2、3脚位即两输入端间有电压差存在，压差即会被放大于输出端，唯Op放大器具有一特色，其输出电压值决不会大于正电源电压＋V dc或小于负电源电压－V dc，输入电压差经放大后若大于外接电源电压＋V dc至－V dc之范围，其值会等于＋V dc或－V dc，故一般运算放大器输出电压均具有如图7之特性曲线，输出电压于到达＋V dc和－V dc后会呈现饱和现象。

图4.放大器输出入电压关系图1.4总电路图、元器件清单1.4.1三角波、方波振荡器总电路图图8三角波、方波振荡器总电路图1.4.2元器件清单序号元件名称型号数量（个）1 电容CT 103 12 电阻RT 15K、47K 1、23 运算放大器HA17741 2表1 元器件清单1.5系统安装、调试与参数测量1.5.1系统安装首先根据设计要求，画出实验电路图；然后准备电烙铁，预热，摆放材料；根据画好的电路图，布线，焊接，焊接电路，注意焊接时防止虚焊，做到焊点光亮，对称、均匀且与焊盘大小比例适合，无焊剂残留物。

1.5.2系统调试±15V电源的输出：在电子箱上的+15、-15 、0的引脚上引出的线分别于电路板上对应的脚相连接，用示波器的测量笔夹夹住地线，笔钩依次钩住三角波和方波的输出线，调节示波器，观察三角波和方波的输出图像。

1.6改进意见（1）在运放的同向输入端与地之间加一电阻R’，保证运放两个输入端的平衡。

（2）由于RT和CT为固定值，所以该电路输出的三角波和方波的频率不能改变。

为适应特殊要求，我觉得可以将RT换成可变电阻。

通过改变电阻的阻值，即可改变输出波的频率，从而达到要求。

（3）在输出端处可以加一个反相器，使输出波形更稳定，不易失真。

第2章红黄绿三色交通灯模拟器制作与调试2.1 设计任务设计一组红绿黄三色交通灯模拟器，要求：交通灯以“红、黄、绿、黄—红、黄、绿、黄—······”的规律循环变化。

其中红灯持续30秒，黄灯持续10秒，绿灯持续50秒；并制作与调试。

2.2 总体设计方案为了达到交通灯“红、黄、绿、黄—红、黄、绿、黄—······”的规律循环变化和红灯持续30秒、黄灯持续10秒、绿灯持续50秒这两个目的。

通过查阅资料我们可以用十进制计数脉冲器和4069六反相器集成电路来达到要求。

4069输出一个周期为10秒的脉冲。

在4017分配器的输出端经过或门电路的组合，红灯由3个连续的输出端通过或门驱动，绿灯由5个连续的输出端通过或门驱动，从而得到3种颜色的灯光既能按照指定的顺序发光，又能满足每一种颜色灯光要求的发光时间。

2.3系统分析与设计CD4017：十进制计数器/脉冲分配器CD4017 是5 位Johnson 计数器，具有10 个译码输出端，CP、CR、INH 输入端。

时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。

INH 为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。

CR 为高电平时，计数器清零。

Johnson 计数器，提供了快速操作、2 输入译码选通和无毛刺译码输出。

防锁选通，保证了正确的计数顺序。

译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。

在每10 个时钟输入周期CO 信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。

CD4017 提供了16 引线多层陶瓷双列直插(D)、熔封陶瓷双列直插(J)、塑料双列直插(P)和陶瓷片状载体(C)4 种封装形式。

CD4017输出高电平的顺序分别是⑶、⑵、⑷、⑺、⑽、⑴、⑸、⑹、⑼、⑾脚，故⑶、⑵、⑷脚的高电平使红灯发光30秒，⑺脚的高电平使黄灯发光10秒，⑽、⑴、⑸、⑹、⑼脚使绿灯发光50秒，⑾脚再次使黄灯发光10秒，从而可模拟十字路口交通灯“红、黄、绿、黄－红、黄、绿、黄－……..”的规律循环变化。

2.3.1 CD4017工作原理图1为CD4017引脚图，cd4017内部是10的计数器及二进制对十进制译码电路。

其中Q0-Q9 计数脉冲输出端；CO：级联进位输出端，每输入10个时钟脉冲时，就可以得到一个计数器的时钟信号；CP：时钟输入端，脉冲上升沿有效；CR：清除脚或称复位(Reset)脚，当此脚为Hi时，会使CD4017的Q0为”1”，其余Q1-Q9为”0”；INH：时序允许脚，当此脚为低电位，CLOCK输入脉波在正缘时，会使CD4017计数，并改变Q1-Q9的输出状态。

；VDD：电源正极（可以使用3～18V直流电源供电）VSS：接地VSS：地图2-1 CD4017引脚图2.3.2 CD4069工作原理4069六路反相器集成电路，它由三个多谐振荡器组成的。

多谐振荡器是由两个三极管反相器及电阻、电容充放电电路组成的。

随着电容器的充电和放电，两只三极管交替地饱和与截止，使两管的集电极周期性地在高电位和低电位之间交替转换，输出连续的矩形脉冲。

所以，多谐振荡器是一种矩形脉冲产生电路。

4069六反相器集成电路不断重复以上的过程，产生周期性的振荡，在输出端输出连续的矩形脉冲。

电阻、电容为振荡定时元件，调节这两个元件可改变振荡信号频率，从而控制彩灯色彩的流动速度，以呈现各种不同的视觉效果。

本电路4069输出一个周期为10秒的脉冲。

图2-2 CD4069引脚图这样在CD4069的14脚和CD4017的16脚同时加上电压后，CD4069就会被电压激发产生周期性振荡，往4017里输入周期为10秒的脉冲信号。

4017以4069的输入周期作为时钟计数，每记录一次Q0~Q9电位依次变化，导致二极管通路，使其末端连接的发光二极管发光。

在4017分配器的输出端经过或门电路的组合，红灯由3个连续的输出端通过或门驱动，绿灯由5个连续的输出端通过或门驱动，从而得到3种颜色的灯光既能按照指定的顺序发光，又能满足每一种颜色灯光要求的发光时间。

2.4总电路图、元器件清单2.4.1总电路图图2-3 总电路图2.4.2元器件清单表2-1 元器件清单序号元器件名称具体说明（大小、型号等）个数1 电容 4.7uf 12 发光二极管无 33 二极管无104 电阻1M 15 灯CD4017 16 CD4069 12.5系统安装、调试与参数测量2.5.1系统安装首先根据设计要求，画出实验电路图；然后准备电烙铁，预热，摆放材料。

根据画好的电路图，布线，焊接，焊接电路，注意焊接时防止虚焊，做到焊点光亮，对称、均匀且与焊盘大小比例适合，无焊剂残留物；在电路板上的两端加上4.5V直流电压。

2.5.2系统调试闭合开关，观察红、黄、绿三灯的发光的顺序情况，并且记录每种灯的发光时间。

2.5.3参数测量用秒表计数，多次记录，比较三种灯的发光顺序以及每次发光的时间。

最后测得红灯发光时间T1=30s；黄灯光时间T2=10s；绿灯发光时间T3=50s；黄灯发光时间T4=10s。

2.6改进意见CD4069为CMOS数字集成电路，是一种高输入阻抗器件，容易受外界干扰虽然器件内部造成逻辑混乱或出现感应静电而击穿场效应管的栅极。