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1、第24卷第1期物理实验Vol.24No.12004年1月PHYSICSEXPERIMENTATIONJan.,2004采用数字合成技术的三相正弦波信号发生器杨三序(商丘师范学院物理系,河南商丘476000)摘要:采用数字合成技术制作了三相正弦波信号发生器,其波形采用3个加权电阻网络和高速CMOS开关数字合成,精确保证3个正弦波之间的相位差为120°,产生的信号具有极好的幅值、稳定的频率、小失真和高达3.3MHz的宽频率范围.关键词:三相正弦波;信号发生器;加权电阻网络;高速CMOS开关中图分类号:TM93文献标识码:A文
2、章编号:1005-4642(2004)01-0026-03弦波.1引言2线路结构和工作原理在实验室和工业部门,正弦波信号发生器被广泛用作测量仪器的信号源.正弦波信号发生器三相正弦波合成器的结构框图见图1.晶体按制造技术可以分成模拟式和数字合成式两类.振荡器产生的时钟脉冲被分频器(74LS92)12分与模拟式发生器相比,数字合成式发生器产生的频,在时钟脉冲的控制下,串入并出移位寄存器信号具有极好的幅值和稳定的频率,加之频率、相(74LS164)输出12个相位差依次为30°的方波信位和幅值可调,所以这类发生器得到了越来越广号
3、,这些方波信号分别控制由非门(CD4069)和高泛的应用.目前三相正弦波信号发生器比较少,而速CMOS开关(CD4066)组成的开关网络.直流实验室和工业部门又经常需要(如用来控制三相基准电压Vr经过CMOS开关施加于3个加权电电动机).这类信号发生器要严格保证3个正弦波阻网络,具有12步阶梯的3个正弦波被合成.隔之间的相位差为120°,传统的模拟技术难以做到直电容去掉加权电阻网络输出信号的直流成分.这一点.本文介绍了低成本直接数字合成法,利用低通滤波器滤除高频谐波,基频信号被放大,输出3个加权电阻网络和高速CMOS开关
4、产生三相正相位差分别为120°的三相正弦波.图1三相正弦波数字合成器的结构框图收稿日期:2003-05-07作者简介:杨三序(1951-),男,山东曹县人,商丘师范学院物理系高级工程师,工学士,从事仪器仪表研究工作.第1期杨三序:采用数字合成技术的三相正弦波信号发生器27图2是合成正弦信号的时序图.初相位为0°接通,上端的CMOS开关断开,R4～R6左端经开的正弦信号由Q1～Q6合成,具体线路见图3.暂关接地.Vr经这些电阻分压后成为合成正弦信号设图中与Q1～Q6对应的电阻网络的6只电阻分相位为0°时的电压瞬时值,该点合
5、成波形的电位别为R1～R6.1为Vr,因此有2R4∥R5∥R61Vr=Vr(1)R1∥R2∥R3+R4∥R5∥R62化简后得:R1∥R2∥R3=R4∥R5∥R6,所以图3中的6只电阻仅取3种不同阻值(R1,R2和R3).当相位为30°时,Q1～Q4输出高电平,Q5和Q6输出低电平,合成波形的电位为111+×Vr.仿照(1)式有222R1∥R23=R1∥R2∥R3∥R3+R1∥R24化简后得111--=0(2)R3R1R2当相位为60°时,Q1～Q5输出高电平,Q6输131出低电平,合成波形的电位为+×Vr.222同样有R
6、12+3=R1∥R2∥R2∥R3∥R3+R14图2正弦信号合成时序图化简后得3+2311--=0(3)R1R2R3(2),(3)式联立,并取R3=1kΨ,解得R2=1.366kΨ,R3=3.732kΨ.初相位为-120°和-240°的正弦波合成时需用到信号Q1～Q6,而数字电路74LS164本身不[1]具有Q输出端,这种情况下的开关线路与图3不同,具体线路见图4.图3输出相位为0°的正弦信号线路当相位为0°时:Q1～Q3输出高电平(见图2),图3中上端的CMOS开关接通,下端的图4Q的开关线路CMOS开关断开,R1～R3
7、左端经开关接基准电压Vr;Q4～Q6输出低电平,下端的CMOS开关正弦波3种初相位的电阻配置见表1.表中:28物理实验第24卷+Ri(i=1,2,3)表示Ri由Q控制;-Ri表示Ri于线路的工作受时钟脉冲控制,所以能精确保证由Q控制.3个正弦波之间的相位差为120°.如图1和图3所示,合成正弦信号的幅值受表13种初相位的电阻配置直流基准电压Vr控制.如果用数模转换器来控并出Q1Q2Q3Q4Q5Q6制基准电压,可以容易地根据要求数字改变正弦初相位0°+R1+R2+R3+R3+R2+R1初相位-120°-R3-R3-R2-R
8、1+R1+R2波的幅值,例如在0～20Vp-p之间变化.采用精密初相位-240°+R2+R1-R1-R2-R3-R3金属膜电阻器(阻值误差0.1%、温度系数1.5×-510/℃)和高精度直流基准电压源(如具有-53讨论10长期稳定性的LM399)能得到很稳定的正弦波幅值.改变基准电压能调整输出正弦波的幅从理论上,12
