必威体育精装版信号波形合成实验电路.doc

摘要:本设计采用TI公司的NE555组成方波振荡电路产生10KHz的方波，将此方波分别经过中心频率分别为10K、30K及50K的有源带通滤波器实现分频与滤波，产生与各中心频率相同的正弦波。再经过移相电路与加法电路，最终合成近似方波和满足一定相位关系的三角波。 关键字：方波振荡电路，分频与滤波，移相，加法电路，三角波 Abstract：This design uses TI Corporations NE555 composition square-wave oscillating circuit to have the 10KHz square-wave, this square-wave respectively after the center frequency respectively is 10K, 30K and the 50K active bandpass filter realizes the frequency division and the filter, produces with the various center frequency same sine wave. Again after the shift circuit and the adding circuit, synthesizes the approximate square-wave finally and satisfies certain phase relation the triangular wave. Key words：Square-wave oscillator, frequency and filter, phase-shift circuit, addition, triangular wave 方案设计与原理框图 方案设计目标 1）基本要求 由方波振荡器产生频率为10KHz的方波；经分频与滤波，同时产生频率为10KHz和30KHZ的正弦波；经移相相加合成一个近似方波。 2）发挥部分 再产生50KHz的正弦波，参与合成方波；将产生的正弦波信号通过移相与加法电路合成一个近似三角波；测量正弦波幅度并数字显示；制作电源等模块。 二、方案论证与比较 1. 理论分析与计算 在数学理论中，任何具有周期为T的波函数f(t)都可以表示为三角函数所构成的级数之和，即 f(t)=+ 其中：T为周期，w为角频率。第一项为直流分量。 对方波进行傅里叶分解就是将方波函数展开成直流分量，基波和所有n阶谐波的叠加。假设一个方波如下图所示， 图4 方波波形 此方波信号在一个周期内的解析式为 故得信号的傅里叶级数展开式为 由此可知，它只含有一、三、五、……等奇次谐波分量。如果对方波信号经过带通滤波器对其进行分频，分离出来的各个频率的正弦波都是同相位，即它们之间具有确定的相位关系。 三角波用同样的分析方法按照傅里叶级数展开，若三角波表示为 则三角波信号的傅里叶级数展开式为 若要用10KHz、30KHz和50KHz的正弦波合成近似三角波，则10K与50K的信号要求为同相位，30K的与它们反相，且幅值满足1： ： 的关系。 根据题目要求，若要产生基频为10KHz幅值为6V的正弦波，以及3次谐波为30KHz幅值为2V的正弦波，则要求方波振荡器产生的方波频率为10KHz，幅值为4.72V。 2．方案组成框图 图1 系统组成框图 1）方波振荡器部分 方波振荡器的产生方式有很多种，为了得到较为精准的方波，提出了以下两种比较方案： 方案一： 先用RC桥式振荡电路产生正弦波，再经由比较器产生方波。RC桥式振荡电路在w=w0=时，经RC选频网络传输到运放同相输入端的电压与输出电压同相，形成正反馈系统，因而有可能产生振荡。得到的正弦波再经过比较器可得到方波。 方案二：采用NE555来制作多谐振荡器。为产生周期比相同的方波输出，这里在充电回路中加进了一个正偏压的晶体管Q1。Q1在R1的偏压作用下，可充分导通；而在C1放电时，会完全截止。Q1在导通状态下，其正向导通电阻很小，对充放电时间常数的影响不大。该电路的振荡周期为： T=0.639*2*R2*C1 图6 用555定时器组成的方波 方案比较： 方案一中，振荡电路的振荡频率有所限制，至多只能达到几百KHz，而且产生的正弦波形易发生失真，幅值也不稳定，再通过比较器产生方波，误差会更加增大。方案二中，由于555定时器内部的比较器灵敏度高，所以由它组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小，电路组成也很简单，调节方便。 综合以上分析，