示波器合成信號波形的分析 濾波電路、分頻電路等

2020-12-14 電子發燒友

示波器合成信號波形的分析 濾波電路、分頻電路等

edatop 發表於 2020-11-18 10:41:01

1.1方波產生電路
555定時器構成多諧振蕩電路。電路幅值與佔空比可調，產生的方波為單極性，波形上升沿較陡

1.2分頻電路
由十六進位計數器74LS163和觸發器HEF4013構成分頻電路。計數器進行奇數次分頻，觸發器進行二分頻。電路佔空比為50%

1.3濾波電路
由運放TL072和無源元件RC組成二階有源帶通濾波電路。該電路既可以濾除直流和高次諧波分量，又可以放大電壓

1.4移相電路
如圖-1所示，RC等幅移相電路。電路可調相範圍為0～90°，幅度恆定。

圖-1

1.5加法電路
同相求和電路。可實現多路信號相加，但穩定性不高

1.6峰峰值檢測電路
利用場效應管和電容等構成峰峰值檢測電路。電路性能穩定，檢測精度良好，但在高頻範圍內檢測精度一般。

二、參數分析及計算

2.1方波產生電路頻率及佔空比計算
由555定時器組成的多諧振蕩器如圖-2所示。該電路通過對電容C的充放電得到周期性矩形波。由振蕩頻率公式

，佔空比公式

知，若要使方波頻率為300kHZ，應滿足

，同時調節滑動變阻器，使其上下端阻值相等，得到佔空比為50%的方波。

圖-2

2.2分頻電路參數計算
分頻電路如圖-3所示。將多諧振蕩器得到的方波經過分頻器進行15分頻、5分頻、3分頻，再經過D觸發器二分頻，從而得到佔空比為50%的10kHZ,30kHZ,50kHZ的方波，用於後級濾波使用。

圖-3

2.3濾波電路參數計算
 濾波電路如圖-4所示，該濾波器為二階帶通濾波器。高通部分用於濾除直流分量，低通部分用於濾出10kHZ,30kHZ,50kHZ的正弦波。由截止頻率公式

，分別計算得截止頻率為12kHZ,32kHZ,53kHZ時的電阻電容參數。為防止電路起振，放大倍數均取1.5倍以下。

圖-4

2.4移相電路參數計算
移相電路如圖1-4-2所示,利用放大器的差動輸入，在

處產生+90度相移。若以產生90度相移的頻率為中心，頻率偏離時，其相角為：

。為了獲得任意的相角，選擇適當的電容值0.01u，因為

，通過5K滑動變阻器的調節即可實現相位調節。 

2.5加法電路參數計算

根據方波的傅立葉展開式

三角波的傅立葉展開式

，將三路正弦波幅值和相位分別調至與公式相符，相加後即得所需波形。

2.6峰峰值檢測電路參數計算
峰峰值檢測電路如圖-5所示，利用兩片TL072比較跟隨，電容充放電，場效應管保持峰值從而實現峰值檢測功能。

圖-5

三、系統測試數據

測試方案
(1) 測試各模塊輸出的方波，正弦波的幅值，頻率與波形。
(2) 調節正弦波幅值，相位至滿足傅立葉關係，測試合成波形數據。
(3) 對各輸出正弦波進行峰值檢測測試，計算誤差。

測試儀器
數字存儲示波器：鼎陽（SIGLENT）SDS1102CFL 100MHz 2GSa/s

經測試所得實驗數據如表一所示。測試波形如圖-6至圖-12所示。濾波所得正弦波誤差為0%，合成方波峰值與設計要求值相差0.6V。

表一 信號合成電路測試數據

輸出信號   正弦波一   正弦波二   正弦波三   兩路合成方波   三路合成方波   三角波  頻率(KHZ)   10.04   30.1   50.15   10.03   10.04   10.04  幅值(V)   6   2   1.19   5.6   5.68   9.04  

用SDS1202CFL測試顯示波形如下：

圖-6 分頻後方波                                                             圖-7 10kHZ正弦波

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

圖-10基波、三次諧波合成方波                               圖-11   基波、三次、五次諧波合成方波

圖-12合成三角波

四、參考文獻

 [1]康華光.電子技術基礎模擬部分[R].北京：高等教育出版社，2006.1

 [2]李先允.姜寧秋.電力電子技術[R].北京：中國電力出版社，2006

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