方波信号波形合成电路 电子信息工程毕业设计论文.doc

《方波信号波形合成电路 电子信息工程毕业设计论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《方波信号波形合成电路 电子信息工程毕业设计论文.doc（28页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、本科毕业设计（论文）任务书本科毕业设计（论文）任务书 （理（理 工工 科科 类）类） 、毕业设计（论文）题目： 方波信号波形合成电路方波信号波形合成电路 、毕业设计（论文）工作内容（从综合运用知识、研究方案的设计、研究方 法和手段的运用、应用文献资料、数据分析处理、图纸质量、技术或观点创新等方面详细 说明）： 设计制作一个电路，能够产生多个不同频率的正弦信号，并将这些信号再合成 为近似方波。电路示意图如图所示。 基本要求：1、方波振荡器的信号经分频与滤波处理，同时产生频率为 10kHz 和 30kHz 的正弦波信号，这 2 种信号应具有确定的相位关系； 2、产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值

2、分别为 6V 和 2V； 3、制作一个由移相器和加法器构成的信号合成电路，将产生的 10kHz 和 30kHz 的正弦波信号作为基波和 3 次谐波，合成一个近似方波，波形幅度为 5V。 4、再产生 50KHz 的正弦信号作为 5 次谐波，参与信号合成，使合成的波形更 接近于方波； 5、设计制作一个能对各个正弦信号的幅度进行测量和数字显示的电路，测量误 差不大于正负 5%。 6、总结毕业设计内容，撰写毕业设计论文。 方波震荡电路 分频与滤波 移相电路 加法器 合成信号 、进度安排： 第一阶段（10 年下 13 周15 周）：搜集相关资料，复习掌握相关的理论知 识。 第二阶段（16 周20 周）：

3、方波产生电路设计、调试。 第三阶段（11 年上 1 周8 周）：谐波产生电路设计、调试，方波合成。 第四阶段（9 周13 周）：正弦波幅度测量和显示电路设计。 第五阶段（14 周）：撰写毕业设计论文，答辩。 、主要参考资料： 1、郑君里 等信号与系统 （上） M.高等教育出版社，2005. 2、康华光.电子技术基础 （模拟部分）M.高等教育出版社,2003. 3、胡汉才.单片机原理及系统设计.清华大学 出版社，2002. 4、http:/www.TI.com. 系负责人签字： ， 2010 年 12 月 8 日 方波信号波形合成电路方波信号波形合成电路 摘要 课题任务是对一个特定频率的方波进行

4、变换产生多个不同频率的弦信号，再 将这些正弦信号合成为近似方波。首先设计制作一个特定频率的方波发生器， 并在这个方波上进行必要的信号转换，分别产生 10KHz、30KHz 和 50KHz 的正弦波，然后对这三个正弦波进行频率合成，合成后的目标信号为 10KHz 近 似方波。 本课题的理论基础是傅里叶级数。法国数学家傅里叶发现，任何周期函数都 可以用正弦函数和余弦函数构成的无穷级数来表示（选择正弦函数与余弦函数 作为基函数是因为它们是正交的） ，后世称为傅里叶级数一种特殊的三角级数。 假设a0, a1, a2, a3, ., an, .和b1, b2, b3, ., bn, .是一组无穷的常数。

5、这些常 数被称为傅里叶系数。x 是一个变量。普通的傅里叶级数可以表示为： F(x) = a0/2 + a1 cos x + b1 sin x + a2 cos 2x + b2 sin 2x + .+ an cos nx + bn sin nx + . 一些波形比较简单，比如单纯的正弦波，但是这些只是理论上的。在实际生 活中，大多数波形都包含谐波频率（最小频率或基波频率的倍数）的能量。谐 波频率能量相较于基波频率能量的比例是依赖于波形的。傅里叶级数将这种波 形数学的定义为相对于时间的位移函数（通常为振幅、频率或相位） 。 1 随着傅里叶级数中计算的项的增加，级数会越来越近似于定义复杂信号波 形的

6、精确函数。计算机能够计算出傅里叶级数的成百上千甚至数百万个项。 本课题就是基于此原理，取基波、三次谐波及五次谐波进行合成。当然谐 波之间要满足一定相位及幅值比例关系，所以用同一振荡器产生信号，再进行 分频及移相等处理。 关键词： 方波振荡器； 傅里叶级数；分频； 滤波； 移相电路 Abstract Mission is to issue a specific frequency square wave to transform strings produce multiple signals of different frequencies, then the synthesis of the

7、se sine square wave signal. First, to design a specific frequency square wave generator, and in this square wave signal on the need for conversion, were generated 10KHz, 30KHz and 50KHz sine wave, then a frequency of the three sine wave synthesis, synthesis of the target after 10KHz square wave sign

8、al. The project is based on Fourier series theory. French mathematician Fourier discovered that any periodic function can be used sine and cosine functions to represent the infinite series form (select the sine function and cosine function as basis functions because they are orthogonal), later known

9、 as the Fourier A special series of triangular series. Suppose a0, a1, a2, a3, ., an, . and b1, b2, b3, ., bn, . is a set of infinite constant. These constants are called Fourier coefficients. x is a variable. Ordinary Fourier series can be expressed as: F(x) = a0/2 + a1 cos x + b1 sin x + a2 cos 2x

10、 + b2 sin 2x + .+ an cos nx + bn sin nx + . Some relatively simple waveforms, such as pure sine wave, but these are only theoretical. In real life, most of the waveforms contain harmonic frequency (minimum frequency or a multiple of the fundamental frequency) energy. Harmonic frequency energy compar

11、ed to the ratio of the fundamental frequency energy is dependent on the waveform. Fourier series mathematical definition of this kind of waveform relative to the displacement function of time (usually amplitude, frequency or phase). Calculated as the Fourier series of items increasing, the series wi

12、ll be more similar to the definition of the precise function of complex signal waveforms. Computer can calculate the Fourier series of hundreds of thousands or even millions of entries. This topic is based on this principle, take fundamental, third harmonic and fifth harmonic synthesis. Of course, b

13、etween the harmonic phase and amplitude to meet certain proportional relationship, so with the same oscillator signal, then the frequency and the shift is equal treatment. Keywords: Square wave oscillator; Fourier series; frequency; filter; phase-shifting circuit 目录 第一章 系统方案比较1 一 、方波振荡电路及滤波电路方案论证1 二

14、、移相电路方案论证1 第二章 555 定时器设计3 一、555 芯片介绍3 二、振荡器设计3 第三章 分频电路的设计与分析 4 一、CD4017 介绍4 二、CD4013 介绍5 三、分频电路设计6 第四章 滤波电路7 一、滤波技术简介7 二、NE5532 芯片介绍10 三、滤波电路设计11 第五章 移相电路13 一、移相技术简介14 二、 移相电路设计15 第六章 放大及加法电路.16 第七章 总结与展望18 致谢19 参考文献19 附录一20 附录二20 附录三23 第一章第一章 系统方案比较系统方案比较 一一 、方波振荡电路及滤波电路方案论证、方波振荡电路及滤波电路方案论证 方案一：方案

15、一：用 555 定时器构成多谐振荡器产生 300KHz 方波，或者用 MSP430 单片机自带定时器产生 300KHz 方波，然后通过数字分频电路分出 10KHz，30KHz 及 50KHz 方波，再通过滤波提取相应的正弦波，这样提取出来的 正弦波相位关系确定，适合于方波、三角波的合成。 方案二：方案二：用多个 555 定时器构成的多谐振荡器产生分别 10KHz，30KHz，50KHz 的方波，然后用低通滤波电路分别把各自的基波提取出 来，产生 10KHz，30KHz，50KHz 正弦波，但是这样的正弦波相位关系不确定， 不能用于合成方波三角波。 方案三：方案三：CPLD 可编程逻辑器分别产生

16、 10KHz，30KHz，50KHz 方波，并且三 种方波之间存在明确的相位关系，然后用巴特沃斯低通滤波器将 10KHz 与 30KHz 的基波提取出来，即产生 10KHz，30KHz 的正弦波，又因为所选用的巴特 沃斯低通滤波器 TLC04 的截止频率达不到 50KHz，所以 50KHZ 正弦波的提取采 用了带通滤波器。这样就可以产生出三种正弦波，在经过移相电路将三种波形 的相位差调节为 0 度，在通过运算放大电路使其幅度达到所需的要求，然后再 将这三种有明确相位关系的正弦波通过加法器相加，即可得到所需的方波了。 三种振荡电路方案比较如下： 电路复杂程度波形失真度理论可行性 方案一易一般可行

17、 方案二易一般不可行 方案三复杂小可行 由于 555 定时器多谐振荡器构造简单，频率稳定，所以选择方案一。 二、移相电路方案论证二、移相电路方案论证 方案一：方案一：用 RC 构成一级移相电路，该电路优点是电路结构简单，缺点是在 调节相位时，移相角度不大于 90 度，而且波形幅度的幅度发生变化，特别是移 相角度不大于 90 度不能满足实际需要。 RCRC 一级移相电路一级移相电路 图 1 RC 一级移相电路 如图为 RC 滞后型移相网络，其中 *| 1 2 A v v A 0 1 2f f tg 。即调节 R 或 C，可以使网络产生 0-90的相移。2 RC f 2 1 0 方案二：方案二：用

18、 RC 构成多级移相电路，该电路结构符合相位移位的需求，可以 在 0-180范围内调节相移，但是波形会发生严重衰减。 方案三：方案三：利用全通滤波电路来构成移相电路，该电路可以在 0-180范围 内调节相位，且幅度基本不变化。 图 2 二阶全通滤波电路 ，其中。 jwRC jwRC Au 1 1 0 1 2, 1| f f tgA RC f 2 1 0 由此可以看出，二阶全通滤波电路可以产生 0-180相移。2 方案四：方案四：在分频电路末端使用 CD4013D 触发器对方波进行移相然后再进行 滤波生成正弦波。 四种滤波电路方案比较如下 电路复杂程度波形失真度理论可行性 方案一简单失真较大可行

19、 方案二简单失真较大可行 方案三复杂失真较小可行 方案四一般失真较小可行 RC 移相电路构造简单但生成波形会有较大失真。全通滤波电路可以进行在 0-180范围内调节相位，波形失真较小且幅度基本不变化，但构造复杂。经考 虑选择方案三。 最终总方案流程图如下： 方波震荡电路 数字分频电 路 10kHz 方波 30kHz 方波 50kHz 方波 滤波电路 滤波电路 滤波电路 10kHz 正弦波 30kHz 正弦波 移相电路 50kHz 正弦波 反相放大电路 反相放大电路 反相放大电路 加法电路 图 3 第二章 555555 定时器设计定时器设计 一、一、555555 芯片介绍芯片介绍 1可产生精确的

20、时间延迟和振荡，内部有 3 个 5k 的电阻分压器，故称 555。 2电源电压电流范围宽，双极型：516V；CMOS：318V。 3可以提供与 TTL 及 CMOS 数字电路兼容的接口电平。 4可输出一定的功率，可驱动微电机、指示灯、扬声器等。 5应用：脉冲波形的产生与变换、仪器与仪表、测量与控制、家用电气与 电子玩具等领域。 6TTL 单定时器型号的最后 3 位数字为 555，双定时器的为 556；CMOS 单 定时器的最后 4 位数为 7555，双定时器的为 7556。它们的逻辑功能和外部引线 排列完全相同。 555 定时器的集成电路外形、引脚、内部结构如图 4 所示。6 (a) 外引线排

21、列图 (b) 内部结构图 GND：接地端：低触发端 OUT：输出端：复位端TRR CO：控制电压端 TH：高触发端 D：放电端 VCC：电源端 图 4 555 定时器外引线排列及内部结构图 二、振荡器设计 选择采用 NE555 多谐振荡器。利用深度正反馈，通过阻容耦合使两个电子器 件交替导通与截止，从而自激产生方波。根据设计的需要，我最终选择如图 5 所示占空比及频率可调振荡电路，电阻选择 3.3K 欧姆电位器，电容使用 1000pF。 图 5 555 振荡器电路 第三章 分频电路的设计与分析 一、CD4017 介绍 十进制计数分频器 CD4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译 码输

22、出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是 O0、O1、O2、O9 依次 出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。 CD4017 有 10 个输出端（O0O9）和 1 个进位输出端O5-9。每输入 10 个计数脉冲，O5-9 就可得到 1 个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级 的时钟信号。 CD4017 有 3 个输入（MR、CP0 和CP1），MR 为清零端，当在 MR 端上 加高电平或正脉冲时其输出 O0 为高电平，其余输出端（O1O9）均为低电平。 CP0 和CPl 是 2 个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由 CP0 端输入； 若要用下降沿来计数，则信号由CPl 端输入。设置

23、 2 个时钟输入端，级联时 比较方便，可驱动更多二极管发光。 由此可见，当 CD4017 有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电 平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。6 图 6 二、CD4013 介绍 在电子技术中，N/2(N 为奇数)分频电路有着重要的应用，对一个特定的输 入频率，要经 N/2 分频后才能得到所需要的输出，这就要求电路具有 N/2 的非 整数倍的分频功能。CD4013 是双 D 触发器，在以 CD4013 为主组成的若干个二 分频电路的基础上，加上异或门等反馈控制，即可很方便地组成 N/2 分频电路 。 上面介绍的 N/2 分频电路仅限于 N7，当 N7 时，可根据分频

24、 N 值的大小 ，相应增加二分频级数，并恰当引接反馈信号走线，便可得到 N7 的分频电路 。 N/2 分频电路的特性如下： 1.电路工作原理是，在第 n 个周期，末级两分频器的输出为高电平时，输 入时钟脉冲的上升沿使分频电路工作；在第 n1 个周期，末级两分频器的输出 为低电平时，输入时钟脉冲的下降沿使分频电路工作。 2.电路采用的是异步触发形式，各触发器的初始状态不会影响到分频的功能 。如果要求初始状态为“0”状态，可以将 D 触发器的复位端 R 引出，接至复位 控制电路。 3.输入信号 fi 的最高工作频率 fimax 除受到 CMOS 元件 fM 的限制外，还受 到 D 触发器、反馈门翻

25、转延迟和电容 C 滤波频率特性的影响，所以应尽可能提 高 fi 的值。一般情况下，最高工作频率 fimax 在几百千赫以下。 CD4013 引脚图如下：6 图 7 三、分频电路设计 根据题意要求，分频电路实现将 300KHz 方波通过分频产生 10KHz、30 KHz 和 50 KHz 的新的方波。 在某特定频率的方波上要产生几个其他频率方波，可按照这些频率的最小公 倍数2 为原则，题目要求的三个频率为 10KHz、 30KHz 和 50KHz，其公倍数 为 150KHz，再乘以 2，则上述方波发生器为 300KHz。验证一下：300KHz 频率 30 分频得 10KHz，10 分频 30KH

26、z，6 分频 50KHz。 采用十进制计数分配器 CD4017 配合 D 触发器 CD4013 实现分频为上述 3 个频率的方波，CD4017 默认 10 分频，下图中二极管正极连接位置决定分频系数。对于 CD4013，所起的作 用是将由 CD4017 分频后非 50%占空比调节为 50%。设计电路见图 所示， 300KHz 输入信号送 CD4017 的 CLK（14pin） ，输出信号从 CD4013 的 Q 端送 出。 具体电路如图所示： 图 8 50KHz 分频电路 该图中由于 D2 接 CD4017 的 Q3，因此实现将 300KHz 3 分频，为 300KHz/3=100KHz 再经

27、后级 CD4013 进行 2 分频，获得了 100KHz/2=50KHz 的 频率。 对于 30KHz 和 10KHz 的分析计算方法相同，不再细述。 第四章 滤波电路 一、滤波技术简介 滤波技术是通信和工程测试领域的重要环节，滤波网络的理论逼近问题，早 在上个世纪的三四十年代就已解决，但滤波器的综合技术，由于其网络元件参 数的实际选择和调试的困难，一直没有长足的发展。近年来虽然有开关电容式 专用集成滤波芯片问世，但价格不菲，电路噪声也不尽人意。因此对 RC 有源滤 波器优化综合技术的研究，在信号处理和实时工控等领域，仍有积极的实际意 义。所谓优化综合，指的是实现电路较简洁；或是网络参数易确定

28、，调试方便； 或是滤波器有确定的截止频率解析式，有较好的精度。10 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种： 无源滤波器: 由电感 L、电容 C 及电阻 R 等无源元件组成 有源滤波器: 一般由集成运放与 RC 网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同 时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波 器还兼有放大与缓冲作用。利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰 减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的， 因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。 从功能来上有源滤波器分为： 低通滤波器（LPF） 、高通滤波器（HPF） 、 带通滤

29、波器（BPF） 、带阻滤波器（BEF） 、 全通滤波器（APF） 。 其中前四种滤波器间互有联系，LPF 与 HPF 间互为对偶关系。当 LPF 的通带截止频率高于 HPF 的通带截止频率时，将 LPF 与 HPF 相串联，就构 成了 BPF，而 LPF 与 HPF 并联，就构成 BEF。在实用电子电路中，还可能同 时采用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放 大倍数 AVP、通带截止频率 fP 及阻尼系数 Q 等。12 工作原理： 二阶有源滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路, 也是高阶虑 波器的基本组成单元。常用二阶有源低通滤波器的电路型式有压控电压源型、 无

30、限增益多路反馈型和双二次型。 二阶滤波，是实现高阶滤波网络的积木块。Butterworth 滤波网络，又称 “最平坦幅频特性” 滤波网络。式(1)是二阶 Butterworth 归一化滤波网络的 传递函数： 式中 系统阻尼系数 0系统固有角频率 当时，称为最佳阻尼系数，此时系统的幅频特性也最为平 坦。显然，二阶 Butterworth 传递函数是取得最佳阻尼系数的传递函数。 可求得其传递函数为： 电路阻尼系数： 电路阻尼系数是一个重要的参数，传递函数的两个极点均由阻尼系数 所 表征，它对系统在整个频域内能否稳定工作起着决定性的作用。阻尼系数 越 小，在 s 平面内越靠近虚轴，系统越不稳定。因此

31、我们的任务是既要使阻尼系 数取得 0.707 的最佳值，又要使阻容参数选择和调试方便，同时还要保证截止 频率 f0有较规范的解析式。13 RC 有源滤波器的共同特点是电路简洁，有简洁明了的频率解析式，网络参 数调试方便，且有较好的精度，同时均通过实验验证，性能稳定，电路噪声小， 已在多种场合得以应用。14 二、NE5532 芯片介绍 NE5532 芯片构成滤波电路。 NE5532NE5532 功能特点简介功能特点简介: : NE5532/SE5532/SA5532/NE5532A/SE5532A/SA5532A 是一种双运放高性能低 噪声运算放大器。 相比较大多数标准运算放大器，如 1458，

32、它显示出更好的 噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别 适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。如果 噪音非常最重要的，因此建议使用 5532A 版，因为它能保证噪声电压指标。14 NE5532NE5532 特点：特点： 小信号带宽：10MHZ 输出驱动能力：600，10V 有效值 输入噪声电压：5nV/Hz(典型值) 直流 电压增益：50000 交流电压增益：2200-10KHZ 功率带宽： 140KHZ 转换速率： 9V/s 大的电源电压范围：3V-20V 单位增益补偿 NE5532NE5532 引脚图：引脚图： 图 9 NE5532

33、8 脚引脚 NE5532NE5532 内部原理图内部原理图: : 图 10 5532 内部电路图 三、滤波电路设计 为了便于计算，我电容都使用 1000pF。对于 10KHz 分量，电阻使用 10K 欧姆。 具体电路如下图： 图 11 它由两节 RC 滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运放输出到集成运 放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号 频率 ff0 时（f0 为截止频率） ，电路的每级 RC 电路的相移趋于-90，两 级 RC 电路的移相到-180，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通 过电容 c 引到集成运放同相端的反馈是负反馈，反馈信号将起着

34、削弱输入信号 的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特 性高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过。其特点是输入阻抗高，输出阻抗 低。16 传输函数为： )( )( )( i o sV sV sA 2 F F )()-(31sCRsCRA A V V 令 称为通带增益 F0V AA 称为等效品质因数 F 3 1 V A Q 称为特征角频率 RC 1 c 则 2 c n 2 2 c0 )( s Q s A sA 上式为二节低通滤波电路传递函数的典型表达式 注： 滤波电路才能稳定工作。时，即当 3 03 FF VV AA 对于 50KHz 和 30KHz 的分析计算方法相同

35、，不再细述。 第五章 移相电路 一、移相技术简介 线性时不变网络在正弦信号激励下，其响应电压、电流是与激励信号同频 率的正弦量，响应与频率的关系，即为频率特性。它可用相量形式的网络函数 来表示。在电气工程与电子工程中，往往需要在某确定频率正弦激励信号作用 下，获得有一定幅值、输出电压相对于输入电压的相位差在一定范围内连续可 调的响应（输出）信号。这可通过调节电路元件参数来实现，通常是采用 RC 移 相网络来实现的 最简单的模拟电路移相是RC移相和LC移相，我们一般采用RC移相电路。 图 12 用相量图表示了简单串联电路中电阻和电容两端的电压UR、UC和输 入电压U的关系，值得注意的是：相量法的

36、适用范围是正弦信号的稳态响应， 并且在R、C的值都已固定的情况下，由于Xc 的值是频率的函数，因此，同一 电路对于不同频率正弦信号的相量图表示并不相同。在这里，同样的移相电路 对不同频率信号的移相角度是不会相同的，设计中一定要针对特定的频率进行。 18 我们一般将RC与运放联系起来组成有源的移相电路，图 13 是个典型的可 调移相电路，它实际上就是图 1 中两个移相电路的选择叠加：在图 12 两个移相 电路之后各自增加了一个跟随器，然后用一个电位器和一个加法器进行选择相 加。 如果用相量法来表示输出量和输入量的关系，我们可以得到图 2 电路的两 个方程： 222 222 2 2 222 1 1

37、 1 1 1 CR RCjCR U U jH CR RCj U U jH i i C C ui uo R R ui uo UR UC U I 图 12 简单的 RC 移相 图 13 典型的有源 RC 移相电路 ui Rw R3F R31 uo IC3 C R IC1 C R IC2 u1 u2 u3 这里我们可以将以上方程称为用相量形式表示的传递函数或传递方程。 以上两个传递方程实际上就是图 1 两个电路的传递方程，它们表示出了输 出信号和输入信号之间的关系，从相位来看，如果把输入信号看成是在横轴正 向的单位为 1 的信号，则传递方程的实部对应着输出信号所处的横坐标，虚部 则对应输出信号所处的

38、纵坐标，由于以上传递方程的分母恒大于零，因此H1表 示经过 IC1后的信号相位在第 4 象限（实部为正，虚部为负） ，而H2表示经过 IC2后的信号相位在第 1 象限（实部为正，虚部也为正） 。至于移相的具体角度 则应该是输入频率的函数。18 对图 和图 电路，经过两个简单移相电路的相移角度分别是 1=arctg（-RC）和2=arctg（1/RC） 对于周期为 2RC的信号来说，角频率 =1/RC，这时的移相角度分别为- 45和+45，在这种情况下，图 2 电路的移相角度不会大于45，当图 2 电 路的电位器调到尽头都达不到规定的移相角度时，可考虑改变电路参数或者改 变电路。 在不改变元件参

39、数的情况下，一个很笨的方法可以这样来做：如果图 2 中 的移相角度在RW向下调节的过程中逐渐接近要求，但将RW的滑动臂调到最下方 仍然达不到理想结果时，我们就可以去掉 IC1和 IC3,再在 IC2后面加一个同样的 IC2电路，只不过这时可以把电阻R换成可调电阻以改变移相的角度。 有人会把图 2 中 IC1电路和 IC2电路说成是低通电路和高通电路，因为在有 源滤波器中，这两个电路确实是起到了低通和高通的作用。但正如我们这里只 称图 1 中间的电路是基本的RC移相电路，而不说它是微分电路、耦合电路、隔 直电路、复位电路和高通电路一样，我们这里主要利用了图 2 电路的移相作用， 因此我们这里就只

40、说它是移相电路。 实际上，很多有源滤波器都有移相作用，在有源滤波器中考虑的主要是电 路的幅频特性，而我们这里更重视的是相频特性。在得到电路的传递函数后， 我们可以直接用 j 代替原传递函数中的 s，这样就得到用相量形式表示的传 递函数或称传递方程。然后有理化分母，并分析传递方程的实部和虚部，从而 就可以得到移相的角度，具体的移相角度应该是 = tg-1(传递方程虚部)/(传递方程实部) 注意第 1 象限和第 3 象限的相应角度具有相同的正切值，同样第 2 象限和 第 4 象限的相应角度也有相同的正切值，因此在使用公式“ = tg-1(传递方 程虚部)/(传递方程实部)”之前，应该首先分析输出信

41、号所在的象限。19 二、 移相电路设计 由于方波信号经由滤波器滤波处理后，其相位会发生改变，并且不同的频 率，经过滤波器后的相位移动不同，而题目要求合成的方波和三角波的谐波信 号与基波信号皆同相位，故要求制作的移相器的作用是使滤波后的三路信号移 至同相位。本次设计的移相电路采用的是全通滤波器能改变即能改变相位也可 以不改变信号的幅值的原理，如图 14 所示，通过改变的阻值可以实现相位 5 R 的移动，将该电路多级串联，可以增大相角移动的范围。20 图 14 经过示波器观察，基波 10KHz 正弦波与 30KH 正弦波相位相同，所以只需对 50KHz 正弦波进行相位调节。 第六章 放大及加法电路

42、 由傅里叶级数可知基波，三次谐波，五次谐波的振幅比为 ， 5 1 : 3 1 :1: 503010 KHzKHzKHz AAA 在进入加法器之前，我们应当把它们峰峰值分别调整为 6V，2V，1.2V。 现有型号 TL082CP，该运放采用 DIP8 的封装形式，各引脚如图 1。 2 3 1 84 U1A TL 082 6 5 7 48 U1B TL 082 图 15 TL082 系列 DIP8 封装引脚图 具体电路图如下： R1 10k R2 51k R3 51k R4 10k R5 29 3 2 1 84 U1A TL 082 +12V -12V 图 16 由于信号经过滤波后幅值不确定,所以

43、 R2 使用 100K 欧姆电位器，这样便于 调节。测试时候发现信号有毛刺，后来考虑电源的波动影响，在正负电源端各 加了一个 104 的瓷片滤波电容，再进行测试发现波形有较大改善。 具体电路图如下： R1 10k R2 51k R3 51k R4 10k R5 29 3 2 1 84 U1A TL 082 +12V -12V C1 104 C2 104 Vi Vo 图 17 电源加滤波电容 加法器电路采用如图 18 所示的模拟加法器，滤波器输出的正弦信号分别由 T1,T2,T3 端口输入后叠加，得到题目所要求的叠加信号，调节 R4 可实现对输 出信号的峰峰值进行调节。 图 18 加法电路 第七

44、章 总结与展望 本设计及主要讲述了合成信号发生器的工作原理及工作过程。在说明工作 院里的过程中，突出了合成信号发生器设计中基本电路的组成单元以及这些单 元如何实现信号合成的。结合本设计的内容，指出了个单元电路的设计方法和 意义。在这次设计中遇到了很多实际的问题。在实际设计中才发现，书本上的 理论性的东西与实际还是有一定出入的。所以有些问题不但要深入地理解，而 且要不断更正以前的错误思维。这才是一个设计的灵魂所在。 很多电路可以借鉴课本上的，但怎么衔接这些模块是问题的关键。 参考文献 1、郑君里 等信号与系统 （上） M.高等教育出版社，2005. 2、康华光.电子技术基础 （模拟部分）M.高等教育出版社,2003. 3、胡汉才.单片机原理及系统设计.清华大学 出版社，2002. 4、http:/www.TI.com. 5、信号与系统.第 2 版 科学出版社 2010 6、信号与系统 北京理工大学出版社 2007 7、信号与系统 机械工业出版社 2007 8、模拟电路分析与设计 大连理工大