组信号波形合成实验电路

《组信号波形合成实验电路》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、信号波形合成实验电路设计队员：张秀山曹方雷汪亮祝文瑾摘要：本系统利用函数信号发生器MAX038产生300KHz方波，经过分频、滤波处理，得到10KHz、30KHz、50KHz三种正弦波并分别作为基波，三次谐波、五次谐波进行移相、叠加，最终得到一个近似方波信号。该系统主要模块为：方波振荡模块，分频模块，滤波模块，移相模块和加法器模块。其中分频电路是利用数字芯片74LS90和CD4013搭建而成，分频性能突出。滤波模块采用高性能集成运放OPA820，选频性能良好。经测试，电路大部分指标达到或超过题目发挥部分的要求。关键字：分频谐波合成一方案设计与比较1

2、.1方波振荡方案比较方案一：用UA741放大电路外接若干二极管、电阻电容。方波发生电路只有两个暂态,即输出不是高电平就是低电平,而且两个暂态自动地相互转换,从而产生自激振荡。因此,电压比较器就成为方波发生电路的重要组成部分。为了使输出的高、低电平产生周期性变化,电路中用延迟环节来确定暂态的维持时间,并引入反馈来实现"自控"。这种方案硬件电路复杂，可靠性差。方案二：由MAX038构成的方波信号源。MAX083是一种精密高频波形发生器件。将该器件结合外围元件就可以产生从0.1Hz~20MHz的低失真正弦波，三角波，矩形波等脉冲信号。这些信号波形的频率和

3、占空比可以由电流，电压或电阻控制。该电路具有精密，低失真，低漂移，外围元件少的特点。综合电路的复杂程度和稳定性的考虑，选择方案二。1.2分频方案比较方案一：采用低温多晶硅工艺，构成工作容限大的分频电路。构成分频电路的级联的单位分频电路之中，对初级单位分频电路附加电平移位器和电荷泵电路。电荷泵电路基于点时钟信号将输入电压升压并生成升压电压，并向初级单位分频电路供给，初级单位分频电路用升压电压来驱动，因此提高了电流驱动能力。通过提高被输入频率较大的点时钟信号的初级单位分频电路的驱动能力，能够增大分频电路的工作容限。方案二：74ls00四集成与非门与cd

4、4013两D触发器集成芯片组合集成电路。74ls90不仅可用于计数，还能用于分频。通过改变引脚接法，来改变其进制。cd4013不仅能二分频，还能对波形整形，使方波的占空比为50%。通过两种芯片的级联和简单的外围电路，就能得到精准的分频信号。基于价格和电路的繁复程度，选择方案二。1.3滤波方案比较方案一：采用专门的可编程滤波芯片。MAX26x系列芯片可完成此要求，其内部利用开关电容来实现中心频率的控制。外围电路结构简单，程序控制方便。但其直流偏移及本身开关电容特性引入的噪声不能忽略。方案二：采用状态变量可调滤波电路。这种滤波电路截止频率与Q值受不同元

5、件控制且互相没有影响。可以用乘法型数模转换芯片代替电路中控制中心频率的电阻，通过程序改变DA输出以改变等效接入电阻达到中心频率程控的目的。设计中采用DAC0830来代替本滤波电路中的相关控制电阻，通过单片机控制DAC0830来改变其输出电流关系，从而改变等效接入电阻而达到程控的目的。方案三：二阶巴特沃斯带通滤波器。二阶巴特沃斯滤波带通滤波电路是最简单也是最常见的滤波电路，该滤波器的幅频响应在通带中具有最大平坦度，且电路简单易操作。综和比较后，选择方案三。1.4移相方案比较方案一：同步信号，正弦信号通过过零比较器变为相位与周期一致的同步方波，上升沿与

6、下降沿检验电路检验出同步方波的上升沿和下降沿，产生的两个尖脉冲分别对应同步信号正负半周的触发信号。采用该触发信号启动计数器进行减法计数，A/D转换器输出值置为计数器的初值，当减法计数器为0时则产生移相后的尖脉冲，减法计数器的启动和停止脉冲之间的相位差，即对应于脉冲群与正弦波之间的相位差Δα。方案二：RC移相电路主要是基于电容器的电流超前电压90度这一特性再结合有源器件构成。该电路外围电路简单，便于实行操作。经过综合考虑，选择方案二。二理论分析与计算2.1方波的合成与分解任何电信号都是由各种不同频率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。对周期信号由它的傅里

7、叶级数展开式可知，各次谐波为基波频率的整数倍。数学上可以证明方波可表示为：图1.135次谐波分解与合成图通过一个选频网络可以将电信号中所包含的某一频率成份提取出来。将被测方波信号加到分别调谐于其基波和各次奇谐波频率的一系列有源带通滤波器电路上。从每一有源带通滤波器的输出端可以用示波器观察到相应频率的正弦波。本实验所用的信号是300KHz的方波，而用作选频网络的3种带通滤波器的输出频率分别是10KHz、30KHz、50KHz。在理想情况下，偶次谐波应该无输出信号，始终为零电平，而奇次谐波则具有很好的幅度收敛性，理想情况下奇次谐波中一、三、五次谐波的幅

8、度比应为1：1/3：1/5。但实际上因输入方波的占空比较难控制在50%，且方波可能有少量失真以及滤波器本身滤波特性的有限性