电子电路实验综合设计总结报告选题6：125kHz标准正弦波发生器班级：10-0433学号：2010043306姓名：汪尽涵日期：2013/4/13选题背景在标准的RFID（无线射频识别卡）中，按频率可分为几个等级，其中125KHz 是一个比较常用的频率，由于其制作方便、通信可靠，因此得到了广泛的应用，其中最重要的一部分就是产生一个125K Hz的正弦波信号加载到调制线圈中，但是常规的方法产生正弦波造价较高.本次实验所采用的方案是:用石英晶体、CD4060 等实现将 2MHz分频为125KHz；使用施密特触发器CD4049整形；利用R、C以及L设计振荡频率为125KHz的RLC串联谐振电路；OTL缓冲器提高电路的带载能力；利用比较器（74LS85）改变矩形波信号占空比来实现正弦波幅度可控。
用该方案来产生正弦波具有精度高，成本低，实现方便等特点。
设计选题及设计任务要求设计选题：1. 标准125KHZ正弦波发生器的设计实现任务要求：1．实现一个精确的125KHZ正弦波发生器；2．幅值大于1V可调,稳定度<0.5*10^-2,准确度<0.5*10^-6设计目的：1. 掌握OTL电路的工作原理和工程设计使用方法。
2. 掌握分频器的设计构建方法。
3. 掌握正弦波发生器的原理及实现方法。
4. 掌握电子电路系统设计的基本方法，培养提高综合多学科相关知识进行初步工程设计与实际调装系统电路的能力。
正文1.方案的设计方案一方案二方案三电路图如下可以等效为b-e型并联晶体振荡器的典型电路如图所示，该电路是一个双回路振荡器，它的固有谐振频率略高于振荡器的工作频率，负载回路选用的是并联谐振回路，可以抑制其他谐波，有利于改善输出波形，并且电路的输出信号较大，，因为在b-e型电路中，石英晶体则接在输入阻抗低的b-e之间，降低了石英晶体的标准性。
其等效电路如图所示。
和一般LC振荡器相比，石英晶体振荡器在外界因素变化而影响到晶体的回路固有频率时，它还具有使频率保持不变的电抗补偿能力，原因是石英晶体谐振器的等效电感Le与普通电感不同，当频率由Wq变化到Wo时，等效电感值将由零变到无穷大，这段曲线十分陡峭，而振荡器又刚好被限定在工作在这段线性范围内，也就是说，石英晶体在这个频率范围内具有极陡峭的相频特性曲线，因而它具有很高的电感补偿能力。
对于振荡器，当电路接为并联型振荡器，晶体起到等效电感作用，输出频率应为2MHZ，则由f0=1/2πLC知负载电容CL，即C2，C3，C4串联后的总电容，则分别取C2、C3、C4。
为了提高振荡器的工作性能和稳定度，在电路中还应有高频扼流圈，一般取扼流圈L1=10uH。
2.方案的论证方案一是利用C51单片机编程实现125KHZ矩形波的输出，并利用单片机的外部中断来实现占空比可调，输出的矩形波经过整形后，送入RLC串联谐振电路产生125KHZ的正弦波，最后经过OTL功放电路提高负载能力。
方案二是利用石英晶体和CD4060产生2MHZ的正弦波，该正弦波通过74LS161和74LS85两个芯片组成的电路实现16分频与占空比可调，输出125KHZ 的矩形波，然后让矩形波通过CD4049反相器达到整形目的，从而得到比较规整的矩形波，再通过RLC串联谐振电路产生正弦波，最后经OTL功率放大电路提高带负载能力。
方案三是利用晶体振荡电路产生2MHz正弦波, 该正弦波通过74LS161和74LS85两个芯片组成的电路实现16分频与占空比可调，输出125KHZ的矩形波，然后让矩形波通过CD4049反相器达到整形目的，从而得到比较规整的矩形波，再通过RLC串联谐振电路产生正弦波，最后经OTL功率放大电路提高带负载能力。
方案一具有灵活多变的特点，只要更改程序然后下载到单片机中就可以实现不同频率不同占空比的矩形波，改变范围大。
但该方案与方案二相比较成本要高，且需要编程实现较为复杂。
方案二具有精度高、经济、简单且不需要编程等优点，缺点是占空比调节范围较窄。
方案三与方案二区别较小，只是在正弦波发生器这一模块有所区别，与方案二相比具有使频率稳定的电抗补偿作用的优点。
本选题要求是占空比可调即可，方案二与方案三均能实现多种占空比，故符合设计任务要求。
方案二与方案三相比，只需要晶振与一个CD4060集成芯片即可，而方案三需要多个电路元件，方案二更为简洁实用。
鉴于方案二的上述优点故本选题实现方案选择方案二。
2理论计算（1）石英晶体振荡电路如图所示，CD406016管脚接VCC(5V),8管脚，12管脚要接地才能正常工作，9管脚输出的矩形波频率等于石英振荡频率。
（2）十六分频器电路74LS161为16进制计数器,16管脚接VCC(5V),8管脚接地，每次向2管脚输入一个脉冲信号计数一次，11—14管脚分别为输出QDQCQBQA。
74LS85为4位比较器，16管脚接VCC(5V),8管脚接地，可以实现比较输出。
2MHZ的矩形波信号从74LS161的2管脚进入，对74LS161按上图所示接线，则Q3Q2Q1Q0输出为：0000-00001-0010……1111-0000-0001……依次循环。
用MULTISIM作波形仿真,仿真电路图如下：当74LS85的B3B2B1B0输入为0111时，此时5管脚的波形输出如下图所示：此时矩形的占空比为50%。
当74LS85的B3B2B1B0输入为0011时，此时5管脚的波形输出如下图所示：此时矩形波的占空比为75%。
从仿真波形可以看出通过74LS161和74LS85的组合电路，改变B3B2B1B0的值就可以改变输出方波的占空比,并且从74LS85的5管脚出来的波形的频率为输入波形频率的1/16。
（3）整形电路矩形波整形使用集成芯片CD4049来实现，CD4049的16管脚，8管脚接地，从3管脚输入，2管脚输出，利用CMOS 反相器的工作特性来整形。
（4）RLC 串联谐振电路及OTL 缓冲电路RLC 串联谐振电路： 谐振频率LC f π21L=1mH C=1800pf f 0=118627HZ 本实验中的矩形波频率f=125000HZf/ f0=1.053≈1OTL功率放大电路：电路图如上图右半部分所示，各元件型号及大小在图中均已标出，其中电容C10的大小为实验中往复测试更改而得到的。
3测试方法与数据（1）测试方法：a测试项目：在两种不同占空比的情况下分别测量各个单元电路的输出频率，并观察输出波形是否符合要求。
b如何测试：将示波器输入端口的一端连接电路的公共地，另一段连接到所要测量项目的输出端口观察波形；另外用频率计数器的一端接电路地，另一端同样接到所要测量项目的电压输出端口，直接从频率计上读出所要测试项目的频率。
（2）测试仪器：示波器、频率计数器。
（3）测试数据：第一组:占空比q=50%时晶振单元输出波形频率为2.0MHZ。
①4060输出为正弦波，频率为1.9999164MHz，Vp-p=1.6V。
②74LS85的B3B2B1B0输入为0111， 5脚输出为不规则带有毛刺的矩形波，频率为124.99444kHz，Vp-p=3.8V。
③而4049的输出在接入后续电路前后是有区别的，接入前是规整矩形波，接入后由于负载效应会发生畸变，波形产生毛刺，为滤除一次谐波后的波形，但其频率为125KHz，Vp-p=5.6V。
④RLC输出为正弦波，频率为125KHz，测得Vp-p=1.5V，改变q=25%时Vp-p=1.63V。
⑤OTl为正弦波，频率为125约KHz，Vp-p=1.62V。
OTL缓冲电路的最后输出为标准正弦波测试数据如下:125.00440 125.00442 125.00440 125.00439 125.00440125.00439 125.00439 125.00439 125.00438 125.00439125.00439 125.00438 125.00440 125.00438 125.00439125.00438 125.00450 125.00439 125.00438 125.00439125.00442 125.00437 125.00438 125.00437 125.00437125.00437 125.00440 125.00437 125.00438 125.00437125.00438 125.00437 125.00438 125.00441 125.00437125.00436 125.00437 125.00436 125.00439 125.00438第二组:占空比q=25%。
晶振单元输出波形频率为2.0MHZ。
①4060输出为正弦波，频率为1.9999164MHz，Vp-p=1.6V。
②74LS85的B3B2B1B0输入为0011，5脚输出为不规则带有毛刺的矩形波，频率为124.99444kHz，Vp-p=3.8V。
③而4049的输出在接入后续电路前后是有区别的，接入前是规整矩形波，接入后由于负载效应会发生畸变，波形产生毛刺，为滤除一次谐波后的波形，但其频率为125KHz，Vp-p=5.6V。
④RLC输出为正弦波，频率为124.99444KHz，测得Vp-p=1.1V，⑤OTl为正弦波，频率约为125KHz，Vp-p=1.05V。
OTL缓冲电路的最后输出为标准正弦波测试数据如下:125.00402 125.00404 125.00402 125.00405 125.00404125.00404 125.00405 125.00402 125.00405 125.00406125.00405 125.00406 125.00404 125.00406 125.00405125.00404 125.00406 125.00405 125.00402 125.00406125.00403 125.00402 125.00405 125.00406 125.00407125.00406 125.00407 125.00404 125.00406 125.00407125.00406 125.00407 125.00406 125.00407 125.00407125.00406 125.00406 125.00407 125.00407 125.00404（4）数据处理：准确度f ff y -=稳定度∑=+-=mii iy m ff f12 12)(1)(τσ第一组：=1f125.0043875Khz准确度1y =（125.0043875-125）/125=3.51*510- 稳定度)(1τσy =1/125000*2.2*510-=1.76*1010-第二组：=2f 125.004051KHz准确度2y =（125.004051-125）/125=3.24*510-稳定度)(2τσy = 1.01010-4.问题处理：在方案的实现过程中由于实际动手前做了一定的准备工作，但还是遇到了一定的困扰，在实验中对于管脚图的阅读存在一点小问题，导致在CD4060焊接时未将9脚与12脚同时接地，同时在焊接时不够认真，经常由于走神将电阻焊接短路，但是均及时发现。