信号波形发生与合成实验报告材料.doc

《信号波形发生与合成实验报告材料.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、电子电路综合实验实验报告题目：信号波形发生与合成班级：20130821学号：2013082117：肖珩成绩：日期：2015年3月17日一、摘要实验采用纯硬件电路设计形式完成实验任务，实现实验功能。首先用带限幅器滞回比较器和RC充放电回路构成的方波发生电路产生频率为1KHZ的方波信号。作为一个信号源，需要低阻抗输出，因此在方波发生器之后连接一个射随电路。信号经两路不同频率有源滤波处理，同时产生频率为1kHz和3kHz的正弦波信号。其中基波产生采用低通滤波器，三次谐波产生采用带通滤波器。为了将基波和三次谐波叠加之后最终恢复出近似方波信号，因此需要根据滤波分频电

2、路输出的基波和三次谐波的延时，设计移相电路，其设计采用全通滤波器原理。最后运用反相加法器将基波和三次谐波信号叠加，从而完成设计要求。实现功能：设计一个电路，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信号。方案特点：电路为纯硬件电路，采用运算放大器TL081，原理图简单易懂，硬件调试容易，部分实现功能明确且输出可测，有助于电路问题检测。二、设计任务2.1设计选题选题十四：信号波形发生与合成2.2设计任务要求图1系统框图1）矩形波发生电路产生1kHz的方波（50%占空比），频率误差小于5%，方波波形幅度峰峰值为10V，幅度误差小于5%，且输出

3、阻抗=50Ω;2）基波频率为1kHz，设计的低通滤波器要求-3dB带宽为1kHz，带外衰减≥-40dB/十倍频程下降，产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值为12V，幅度误差小于5%；3）三次谐波频率为3kHz，设计的带通滤波器要求中心频率为3kHz，-3dB带宽小于500Hz，带外衰减≥-40dB/十倍频程下降，产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值为4V，幅度误差小于5%；4）设计移相电路，完成对基波正弦信号的移相，使移相后的基波和三次谐波的波形如图2所示，要求移相电路的增益为1，增益误差≤5%；图2移相后的基波和三次谐波波形5）设计加法器，将移相器输出的

4、基波与三次谐波相加，合成近似正弦波，波形幅度峰峰值为10V，误差不大于0.5V，合成波形的形状如图3所示。图3利用基波和3次谐波合成的近似方波三、方案设计与论证1）矩形波发生电路方案论证与选择方案一：采用由NE555组成的或其它由门电路构成的方波发生电路。这种电路外围电路设计较少比较简单，但是输出信号频率很难调到某一固定值而且受环境影响明显。本电路要求固定频率的方波（1kHZ),因此方案不予采纳。方案二：由运算放大器构成的信号发生电路。原理比较简单，调试过程容易，且电路的搭建需要用到运放TL081，充分利用电路已有资源。此方案经济稳定，故电路的方波发生器模

5、块采用此方案。2)分频电路方案论证与选择低通滤波器：方案一：无源低通滤波器方案二：有源低通滤波器实验要求带外衰减≥-40dB/十倍频程下降，因此选择二阶有源低通滤波器，且利用运算放大器输入电阻大的特点，隔离了负载对滤波特性的影响，同时可以使用运算放大器放大信号，所以选择此方案。带通滤波器：方案一：压控电压源型（VCVS）方案二：无限增益多路反馈型（MFB）对比这两种方案，方案一计算比较复杂且在调试过程中可能会遇到一些问题，而方案二简单可行，减少调试的复杂性，故选择方案二来设计带通滤波器。3）移相电路方案论证与选择方案一：用RC移相网络构成移相电路。此种移相

6、方法移相后的信号衰减很大，移相后需要进行放大处理，这无疑增加了系统的复杂性和不稳定性。方案二：用运算放大器构成稳幅移相电路。这种方法不仅能达到RC移相网络的移相效果，还能稳定信号幅度不发生大的变化，选择此方案为本电路的移相电路。其基本原理图如下：三、电路单元参数的选定和设计实现1.矩形波发生电路矩形波发生电路由两级构成，第一级由一个运放震荡产生1kHz的方波，通过电阻分压电路将输出幅度设置到实验要求5V,然后紧跟一个射随电路，前后级隔离，同时设置输出电阻为50Ω，电路如图4所示。图4矩形波发生电路矩形波发生电路参数计算过程如下：振荡周期要求，选，，，仿真输

7、出波形如图5所示图5第一级输出波形VPP=10.1V，在误差允许围，满足设计要求。1.滤波分频电路设计原理如下：式中A为方波的幅度。由上式知，三次谐波幅值是基波的。基波产生要求采用低通滤波器（LPF），由题目要求可知至少需要一个二阶的LPF。由于滤波器的截止频率为1kHz，因此基波分量通过LPF滤波器会有-3dB的衰减，同时会有相移（相移值与采用的滤波器阶数有关），因此需要设计LPF的通带增益为3dB，来满足输出幅度要求，相移值可通过滤波器设计软件的相频特性图标可以得到。图6基波电路基波产生电路参数计算过程如下：根据题目要求知：，基波的频率为1KHZ，所以

8、电容的取值。因此根据计算公式分别求取剩下的电阻电容值并取标称值为，