信号波形合成实验电路

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1、信号波形合成实验电路黄冈师院汪祥、池玉辰、王颖摘要：本设计采用高精度MAX038波形发生器产生300kHz的方波信号，经过30分频、10分频和6分频后分别得到频率为10kHz、30kHz和50kHz占空比为50%的3路脉冲信号，通过由OPA842运算放大器组成的带通滤波器进行滤波后，产生频率为10kHz、30kHz和50kHz的幅度分别为6伏、2伏和0.6伏的正弦波信号，然后利用单片机MSP430F149和有效值检测芯片AD637对3路正弦信号的幅值进行了检测并显示。3路正弦波信号通过移相电路后相位调整到相同，然后通过加法电路合成为10kHz的近似方波信号。另外3

2、路正弦波信号还通过变换和合成电路得到成10kHz的近似三角波信号。结果表明，利用谐波分解和合成原理产生的近似方波信号和三角波信号，效果理想，达到了题目的设计要求。关键字：分频；带通滤波；移相；有效值检测；方波合成；三角波合成一．系统方案论证1.1方案比较与选择1.1.1方波振荡电路方案一：用555定时器组成多谐振荡电路，经过施密特触发器整形，该波的频率可以通过调节555定时器电路的放电电阻来进行调节。该电路具有成本低廉，频率可调，上升沿陡的特点，但波形输出不稳定，容易失真。方案二：由UA741集成运算放大器构成的方波信号发生器具有结构简单,调试方便，但它产生方波信

3、号的可靠性差。方案三：用MAX038精密、高频波形发生器来产生方波信号，电路结构简单，能产生0.1Hz～20MHz的方波信号，波形的频率和占空比可以由电流、电压或电阻控制。MAX038构成的电路低失真、低漂移、外围元件少、可靠性和稳定性好，但相对于上面的方案而言，价格会稍高一点。综合以上的分析可知，MAX038是波形发生器领域中的理想器件，因此选择方案三。1.1.2带通滤波电路方案一：由无源元件(R、L和C)组成的带通滤波电路是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。这类滤波器的优点是：电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带内的信

4、号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大。方案二：由有源器件OPA842和无源元件RC组成的带通滤波电路。这类滤波器的优点是：通带内的信号不仅没有能量损耗，而且还可以放大，负载效应不明显，多级相联时相互影响很小，利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器，并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽17；缺点是：需要直流电源供电，可靠性不如无源滤波器高，在高压、高频、大功率的场合不适用。综合以上的分析，由TI公司生产的宽带低失真单位增益稳定的电压反馈运算放大器OPA842组成的滤波电路满足本次设计的要求，因此

5、选择方案二。1.1.3移相电路方案一：用双极性运算放大器OP07组成的移相电路，由于OP07具有非常低的输入失调电压，所以在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器，由它组成的移相电路具有电路简单、工作可靠、成本低、波形好、适应性强，而且可以提供180°的相移。方案二：由R-C串联电路构成的移相电路，相位差最大只有90°，而且电阻的选择非常重要，当电阻选择相对较小时，会出现较大的误差，即相位差小于90°，或者几乎没有相位差。综合以上的分析可知，选用OP07组成的移相电路不仅相位差大，而且效果好，操作简单，因此选择方案一。

6、1.2系统框图及方案描述1.2.1系统框图图1为信号波形合成电路的系统框图。1.2.2方案描述如图1所示，MAX038波形发生器产生300KHz的方波信号经过30分频、10分频、6分频后分别得到10KHz、30KHz、50KHz的脉冲信号，这三种脉冲信号分别经过带通滤波器后形成10KHz、30KHz、50KHz的正弦波信号，再经过移相电路进行变换后分别得到：峰峰值为6V、频率为10KHz的正弦波；峰峰值为2V、频率为30KHz的正弦波信号；峰峰值为1.2V、频率为50KHz的正弦波信号。这三路信号通过反相加法电路合成后得到10KHz的方波，与此同时，移相后的三路信

7、号通过三角波产生电路得到频率为10KHz的三角波。电路中应用到AD637芯片来读取移相后的正弦波信号的有效值，然后送给单片机进行AD转换得到正弦波的峰峰值并通过液晶显示器进行显示。图1.信号波形合成电路的系统框图17二．理论分析与计算2.1方波信号的分解与合成周期信号是由一个或几个、乃至无穷多个不同频率的谐波叠加而成的，因此，周期信号可以分解成多个乃至无穷多个谐波信号。方波信号的傅里叶分解函数：(2-1)在理想情况下，方波的偶次谐波应该无输出信号，始终为零电平，奇次谐波中的一、三、五次谐波的幅度比为1：（1/3）:（1/5）。信号源输出300KHz的方波信号经过分

8、频滤波电路