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《实验四信号的产生分解与合成》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、实验四信号的产生、分解与合成一、实验内容及要求设计并安装一个电路使Z能够产生方波,并从方波中分离出主要谐波,再将这些谐波合成为原始信号或其他周期信号。1.基本要求(1)设计一个方波发生器,要求其频率为lklk,幅度为5V;(2)设计合适的滤波器,从方波中提取出基波和3次谐波;(3)设计一个加法器电路,将基波和3次谐波信号按一定规律相加,将合成后的信号与原始信号比较,分析它们的区别及原因。2.提高要求设计5次谐波滤波器或设计移相电路,调整各次谐波的幅度和相位,将合成后的信号与原始信号比较,并与基本要求部分作对比,分析它们的
2、区别及原因。3.创新要求用类似方式合成其他周期信号,如三角波、锯齿波等。分析项目的功能与性能指标:该项目一是产生方波,二是对方波进行分解与再合成。其中主要涉及方波发生电路,滤波器以及加法电路。为了使合成波形相位相等,还需要用到移相电路以及比例放大电路。二、电路设计(预习要求)(1)电路设计思想(请将基本要求、提高要求、创新要求分别表述):釆用电压比较器输出方波(占空比达50%),用二阶带通滤波器分別滤出基波、三次、五次谐波。将三次和五次谐波移相使其与基波相位相同,最后用运放同时实现比例与加法运算,得到柱加波形。(2)电路
3、结构框图(请将基本要求、提高要求、创新要求分別画出):图1(3)电路原理图(各单元电路结构、工作原理、参数计算和元器件选择说明):1U2B10kQVEE13曲100nFVEEM10kQR16-AAV—10kQVEE-5VVEE1-5VR5-AVv74124AMR23R2151kQ2kQR34-Wv-31.8kQMrRflC2XSC30R1951kQVCCU2DC52kC1nFR27LM324AM6kQR411kQ1710kQLM324AD10kQ24ADR28>R117R25510QFUOA*Ar-10kQ1OnFC31
4、OnFR33VA—2kn1OkQKey-AC1(10n:25R155.1kO15kQ910QMOOkCtR3910kQ75=~C6^=1nFC9=?1nF15kQ910Q1010QR131「T卜A8nF12lOkG10kQKey=AVEER1710kQ51OQR363031.8kQC8—II—1nFVEE-5VR30■AVw4nirC如上图,整个电路分成五个部分,分别标注为部分一~部分五。部分一是方波产牛电路,利用电压比较器。通过电容的充放电形成电压振荡,振荡中进行电压比较输出方波。rti频率的计算公式f=,令f=lkH
5、z,分别取Cl=100nF,Rl=10kQ,则计算得=3.S24.O取R3“0kQ,则R2=3.2kQ,于是取其临近值3・3kQ。部分二是反相比例放大电路,该部分的功能是缩小方波幅值。主要是为了配合部分三的滤波部分,使滤波的幅值不至于过大。部分三为滤波部分。由上到下分别为基波滤波器(1kHz),三次谐波滤波器(3kHz),五次谐波滤波器(5kHz)。三者均采用带通滤波器设计。带通滤波器是只保留频带内的有效信号,而消除高频带和低频带的干扰信号,从而能够实现分理出lk、3k、5k赫兹频率子波的功能。由放大倍数扣1=笔=毘紳,
6、所以为了使三个滤波器的电压放大倍数相等,取=JE=lB0%w=t36®7-从而使每个通频带的带宽都较小,品质因数较高。由带宽计算公式=(2-,可得三者的带宽分别为39.2Hz,117.6Hz和196.1Hz。以下对滤波器的其他参数分别进行阐释。基波滤波器的中心频率为1kHz,rtiA=急,分别取C2=C3=10nF,则计算得R,=R6+R7=15.915kQo根据手边电阻,选取R6=15kQ,R7=910Qo根据此带通滤波器的特性,选BR8+R9=Rz=15kQ+910QoRll+R12+R13=2R,=27kQ+470
7、Q+10Q。同理可得三次滤波,五次滤波参数。部分四为移相电路,釆用全通滤波器。全通滤波器任幅度方面对频率没有选择性,但对不同频率的波会产生不同的相位叠加。因此适合用于移相。电路中加入滑动变阻器,以方便随时改变各谐波相位,达到最佳叠加效果。部分五为叠加电路,采用反相比例加法电路,将各子波相加。(4)列出系统需要的元器件清单(请设计表格列出,提高要求、创新要求多用到的器件请注明):基础要求+探高要求:种类规格/型号个数运算放大器LM3242定值电阻200447015105lk52k62.7k13.3k15.1k16.8k21
8、0k715k227k351k3滑动变阻10k247k1电容In4lOn4lOOn1(5)电路的仿真结杲(请将基木要求、提高要求、创新要求中的仿真结杲分别列出):TimebaseScale
9、500us/DivXposition[oCharnelAScale
10、50V/DivYposition
11、oChannelBScat
12、