CN108269471A - 方波振荡器演示电路 - Google Patents
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Abstract
本发明为方波振荡器演示电路,电路包括一个运放组成的方波振荡器、AD芯片、单片机和两路由发光二极管组成的光柱,单片机通过AD芯片获得方波振荡器的正反馈电压和负反馈电压,然后点亮两个光柱,使一光柱的发光高度正比于正反馈电压,另一光柱的发光高度正比于负反馈电压。调低方波振荡器的振荡频率,用户可通过观察两路光柱的发光高度的变化,理解电路振荡的原理。将本发明应用于集成运放内容的教学,可直观演示由集成运放组成的方波振荡器的工作原理,提高教学成效。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成运放组成的方波振荡器的工作原理演示电路,应用于模拟电子技术课程的集成运放内容的教学,属于电子技术领域。
背景技术
由集成运放组成的方波振荡器,是集成运放非线性应用的典型电路,大量应用于各式自动控制场合,也是模拟电子技术课程的教学重点。但集成运放组成的方波振荡器,涉及由电阻分压构成的无延迟正反馈、由阻容充放电构成的滞后负反馈,对于初学者而言,感觉比较难以理解其工作原理。而当前,还没见有合适的设备或教具,能直观演示集成运放组成的方波振荡器的工作原理。
发明内容
本发明提供方波振荡器演示电路,电路包括一个运放组成的方波振荡器、AD芯片、单片机和两路由发光二极管组成的光柱,单片机通过AD芯片获得方波振荡器的正反馈电压和负反馈电压,然后点亮两个光柱,使一光柱的发光高度正比于正反馈电压,另一光柱的发光高度正比于负反馈电压。方波振荡器还驱动一发光二极管D0,使D0亮灭对应方波振荡器输出的高低电平。调低方波振荡器的振荡频率,用户可通过观察两路光柱的发光高度的变化和发光二极管D0的亮灭,理解方波振荡电路的无延迟正反馈和滞后负反馈共同作用下,方波振荡器的输出电压交替变化,从而理解电路振荡的原理。
本发明所采取的具体技术方案如下:
方波振荡器演示电路,包括集成运放U1、单片机U2、AD芯片U3和U4、发光二极管D0~D24、电容C1和C2、电阻R1~R6、可调电阻RV1和三极管Q1,其中电阻R1的一端接电阻R2的一端、电阻R3的一端和电容C1的正极,电阻R1的另一端接+5V,电阻R2的另一端和电容C1的负极都接地;集成运放U1的正相输入端接电阻R3的另一端、电阻R4的一端和AD芯片U4的2脚,集成运放U1的反相输入端接可调电阻RV1的移动端和一固定端、AD芯片U3的2脚和电容C2的正极,电容C2的负极接地,集成运放U1的输出端接电阻R4的另一端、电阻R5的一端和可调电阻RV1的另一固定端;三极管Q1的基极接电阻R5的另一端,发射极接地,集电极接发光二极管D0的负极,发光二极管D0的正极接电阻R6的一端,电阻R6的另一端接+5V;AD芯片U3的3脚接+5V,6脚接单片机U2的P1.0口,7脚接单片机U2的P1.2口,8脚接单片机U2的P1.1口;AD芯片U4的3脚接+5V,6脚接单片机U2的P1.5口,7脚接单片机U2的P1.7口,8脚接单片机U2的P1.6口;发光二极管D1~D8的负极,依序接单片机U2的P0.0~P0.7口,发光二极管D9~D16的负极,依序接单片机U2的P2.0~P2.7口,发光二极管D17~D24的负极,依序接单片机U1的P3.0~P3.7口,发光二极管D1~D24的正极都接+5V;发光二极管D1~D12从低到高排列,形成一光柱,发光二极管D13~D24也从低到高排列,形成另一光柱,发光二极管D0置于两光柱的中间的顶部;集成运放U1采用输出端为轨到轨特性的运放,单片机U2采用AT89C51单片机,AD芯片U3和U4采用MAX1240芯片。
单片机U2内含程序,程序不断重复(1)访问AD芯片U3,获取AD芯片U3的2脚的电压值V1;(2)点亮发光二极管D1~D12中的若干个,使发光二极管D1~D12所成的光柱的发光高度正比于电压值V1;(3)访问AD芯片U4,获取AD芯片U4的2脚的电压值V2;(4)点亮发光二极管D13~D24中的若干个,使发光二极管D13~D24所成光柱的发光高度正比于电压值V2。
本发明的有益效果:将本发明应用于模拟电子技术的集成运放内容的教学,可直观演示由集成运放组成的方波振荡器的工作原理,提高教学成效。
附图说明
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示,方波振荡器演示电路,包括集成运放U1、单片机U2、AD芯片U3和U4、发光二极管D0~D24、电容C1和C2、电阻R1~R6、可调电阻RV1和三极管Q1,其中电阻R1的一端接电阻R2的一端、电阻R3的一端和电容C1的正极,电阻R1的另一端接+5V,电阻R2的另一端和电容C1的负极都接地;集成运放U1的正相输入端接电阻R3的另一端、电阻R4的一端和AD芯片U4的2脚,集成运放U1的反相输入端接可调电阻RV1的移动端和一固定端、AD芯片U3的2脚和电容C2的正极,电容C2的负极接地,集成运放U1的输出端接电阻R4的另一端、电阻R5的一端和可调电阻RV1的另一固定端;三极管Q1的基极接电阻R5的另一端,发射极接地,集电极接发光二极管D0的负极,发光二极管D0的正极接电阻R6的一端,电阻R6的另一端接+5V;AD芯片U3的3脚接+5V,6脚接单片机U2的P1.0口,7脚接单片机U2的P1.2口,8脚接单片机U2的P1.1口;AD芯片U4的3脚接+5V,6脚接单片机U2的P1.5口,7脚接单片机U2的P1.7口,8脚接单片机U2的P1.6口;发光二极管D1~D8的负极,依序接单片机U2的P0.0~P0.7口,发光二极管D9~D16的负极,依序接单片机U2的P2.0~P2.7口,发光二极管D17~D24的负极,依序接单片机U1的P3.0~P3.7口,发光二极管D1~D24的正极都接+5V;发光二极管D1~D12从低到高排列,形成一光柱,发光二极管D13~D24也从低到高排列,形成另一光柱,发光二极管D0置于两光柱的中间的顶部;集成运放U1采用输出端为轨到轨特性的运放,单片机U2采用AT89C51单片机,AD芯片U3和U4采用MAX1240芯片。
集成运放U1及其外围元件构成了个单电源工作的方波振荡器,其中电阻R1和R2串联分压,提供约1V基准电压,确保正反馈端电压大于0,使单电源条件下方波振荡器能正常工作。电阻R3和R4串联分压,提供无延迟正反馈,电容C2和可调电阻RV1组成的RC充放电电路,提供滞后负反馈。
单片机U2内含程序,程序步骤为:
(1)访问AD芯片U3,获取方波振荡器的负反馈电压值V1;
(2)计算N1=V1*12/Vref,点亮发光二极管D1~D12中的前M1个,M1为小于或等于N1的最大整数,使发光二极管D1~D12所成的光柱的发光高度正比于电压值V1;
(3)访问AD芯片U4,获取方波振荡器的正反馈电压值V2;
(4)计算N2=V2*12/Vref,点亮发光二极管D13~D24中的前M2个,M2为小于或等于N2的最大整数,使发光二极管D13~D24所成的光柱的发光高度正比于电压值V2;
(5)返回步骤(1)。
其中的Vref为AD芯片U3和U4进行模数转换的参考电压值。
发光二极管D1~D12所成的光柱,用于表示负反馈电压值,由于负反馈电压是电容充放电形成,具有滞后特征,把此光柱称为滞后光柱;发光二极管D13~D24所成的光柱,用于表示正反馈电压值,由于正反馈电压是电阻串联分压形成,同步于输出电压,把此光柱称为同步光柱。
通电,可观察到发光二极管D0缓慢闪烁,调节RV1,D0闪烁速度会发生改变,表明调节RV1,可调节方波振荡器的振荡频率;当D0闪烁时,可以看到同步光柱的发光高度也在同步变化,D0亮时,同步光柱的发光高度高,D0灭时,同步光柱的发光高度低,表明正反馈电压同步于输出电压,无时间滞后;当D0亮时,可以观察滞后光柱的发光高度渐上升,表明输出高电平正对电容C2充电,使负反馈端电压渐上升,当滞后光柱的发光高度等于同步光柱的发光高度后,D0灭,同时同步光柱的发光高度同步下降,这一突变瞬间,表明负反馈电压超过了正反馈电压,导致运放U1输出电平由高向低翻转。当D0灭时,可以观察滞后光柱的发光高度渐下降,表明电容C2正对输出低电平放电,使负反馈端电压渐下降,当滞后光柱的发光高度等于同步光柱的发光高度后,D0变亮,同时同步光柱的发光高度同步上升,这一突变瞬间,表明负反馈电压低于正反馈电压,导致运放U1输出电平由低向高翻转。
Claims (2)
1.方波振荡器演示电路,其特征是:包括集成运放U1、单片机U2、AD芯片U3和U4、发光二极管D0~D24、电容C1和C2、电阻R1~R6、可调电阻RV1和三极管Q1,其中电阻R1的一端接电阻R2的一端、电阻R3的一端和电容C1的正极,电阻R1的另一端接+5V,电阻R2的另一端和电容C1的负极都接地;集成运放U1的正相输入端接电阻R3的另一端、电阻R4的一端和AD芯片U4的2脚,集成运放U1的反相输入端接可调电阻RV1的移动端和一固定端、AD芯片U3的2脚和电容C2的正极,电容C2的负极接地,集成运放U1的输出端接电阻R4的另一端、电阻R5的一端和可调电阻RV1的另一固定端;三极管Q1的基极接电阻R5的另一端,发射极接地,集电极接发光二极管D0的负极,发光二极管D0的正极接电阻R6的一端,电阻R6的另一端接+5V;AD芯片U3的3脚接+5V,6脚接单片机U2的P1.0口,7脚接单片机U2的P1.2口,8脚接单片机U2的P1.1口;AD芯片U4的3脚接+5V,6脚接单片机U2的P1.5口,7脚接单片机U2的P1.7口,8脚接单片机U2的P1.6口;发光二极管D1~D8的负极,依序接单片机U2的P0.0~P0.7口,发光二极管D9~D16的负极,依序接单片机U2的P2.0~P2.7口,发光二极管D17~D24的负极,依序接单片机U1的P3.0~P3.7口,发光二极管D1~D24的正极都接+5V;发光二极管D1~D12从低到高排列,形成一光柱,发光二极管D13~D24也从低到高排列,形成另一光柱,发光二极管D0置于两光柱的中间的顶部;集成运放U1采用输出端为轨到轨特性的运放,单片机U2采用AT89C51单片机,AD芯片U3和U4采用MAX1240芯片。
2.根据权利要求1所述的方波振荡器演示电路,其特征是:所述单片机U2内含程序,程序不断重复(1)访问AD芯片U3,获取AD芯片U3的2脚的电压值V1;(2)点亮发光二极管D1~D12中的若干个,使发光二极管D1~D12所成的光柱的发光高度正比于电压值V1;(3)访问AD芯片U4,获取AD芯片U4的2脚的电压值V2;(4)点亮发光二极管D13~D24中的若干个,使发光二极管D13~D24所成光柱的发光高度正比于电压值V2。
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