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基于鼎阳示波器的信号波形合成

时间:12-03 来源:互联网 点击:

一、设计方案

1.1方波产生电路
555定时器构成多谐振荡电路。电路幅值与占空比可调,产生的方波为单极性,波形上升沿较陡

1.2分频电路
由十六进制计数器74LS163和触发器HEF4013构成分频电路。计数器进行奇数次分频,触发器进行二分频。电路占空比为50%

1.3滤波电路
由运放TL072和无源元件RC组成二阶有源带通滤波电路。该电路既可以滤除直流和高次谐波分量,又可以放大电压

1.4移相电路
如图-1所示,RC等幅移相电路。电路可调相范围为0~90°,幅度恒定。

图-1

1.5加法电路
同相求和电路。可实现多路信号相加,但稳定性不高

1.6峰峰值检测电路
利用场效应管和电容等构成峰峰值检测电路。电路性能稳定,检测精度良好,但在高频范围内检测精度一般。

二、参数分析及计算

2.1方波产生电路频率及占空比计算
由555定时器组成的多谐振荡器如图-2所示。该电路通过对电容C的充放电得到周期性矩形波。由振荡频率公式 ,占空比公式 知,若要使方波频率为300kHZ,应满足 ,同时调节滑动变阻器,使其上下端阻值相等,得到占空比为50%的方波。

图-2

2.2分频电路参数计算
分频电路如图-3所示。将多谐振荡器得到的方波经过分频器进行15分频、5分频、3分频,再经过D触发器二分频,从而得到占空比为50%的10kHZ,30kHZ,50kHZ的方波,用于后级滤波使用。

图-3

2.3滤波电路参数计算
 滤波电路如图-4所示,该滤波器为二阶带通滤波器。高通部分用于滤除直流分量,低通部分用于滤出10kHZ,30kHZ,50kHZ的正弦波。由截止频率公式 ,分别计算得截止频率为12kHZ,32kHZ,53kHZ时的电阻电容参数。为防止电路起振,放大倍数均取1.5倍以下。

图-4

2.4移相电路参数计算
移相电路如图1-4-2所示,利用放大器的差动输入,在 处产生+90度相移。若以产生90度相移的频率为中心,频率偏离时,其相角为: 。为了获得任意的相角,选择适当的电容值0.01u,因为 ,通过5K滑动变阻器的调节即可实现相位调节。
 
2.5加法电路参数计算
根据方波的傅里叶展开式 三角波的傅里叶展开式 ,将三路正弦波幅值和相位分别调至与公式相符,相加后即得所需波形。

2.6峰峰值检测电路参数计算
峰峰值检测电路如图-5所示,利用两片TL072比较跟随,电容充放电,场效应管保持峰值从而实现峰值检测功能。

图-5

三、系统测试数据

测试方案
(1) 测试各模块输出的方波,正弦波的幅值,频率与波形。
(2) 调节正弦波幅值,相位至满足傅里叶关系,测试合成波形数据。
(3) 对各输出正弦波进行峰值检测测试,计算误差。

测试仪器
数字存储示波器:鼎阳(SIGLENT)SDS1102CFL 100MHz 2GSa/s

经测试所得实验数据如表一所示。测试波形如图-6至图-12所示。滤波所得正弦波误差为0%,合成方波峰值与设计要求值相差0.6V。

表一 信号合成电路测试数据

输出信号正弦波一正弦波二正弦波三两路合成方波三路合成方波三角波
频率(KHZ)10.0430.150.1510.0310.0410.04
幅值(V)621.195.65.689.04

 

用SDS1202CFL测试显示波形如下:

图-6 分频后方波                                                             图-7 10kHZ正弦波

图-8 30kHZ正弦波                                                          图-9 50kHZ正弦波

图-10基波、三次谐波合成方波                               图-11   基波、三次、五次谐波合成方波

图-12合成三角波

四、参考文献
 [1]康华光.电子技术基础模拟部分[R].北京:高等教育出版社,2006.1
 [2]李先允.姜宁秋.电力电子技术[R].北京:中国电力出版社,2006

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