2022年队——信号波形合成设计方案报告 .pdf

个人资料整理仅限学习使用摘要本设计利用集成运放构成方波振荡电路，能输出产生波形稳定，失真较小的10KHz 的方波。经二阶RC 低通滤波后输出相位恒定、波形无明显失真的10KHz的正弦波。经六阶RC 带通滤波后输出相位恒定、波形无明显失真的30KHz 的正弦波。两路正弦波经电位器幅度调整和RC 移相后输送到由同相加法运算电路构成的加法器输入端，将初相位相同的10kHz 和 30kHz 正弦波信号，作为基波和3 次谐波，合成一个近似方波。经六阶RC 带通滤波后输出相位恒定、波形无明显失真的 50KHz 的正弦波。经幅度调整和RC 移相后输送到由同相加法运算电路构成的加法器输入端，将初相位相同的10kHz 和 30kHz，50kHz 正弦波信号，作为基波和3 次谐波和 5 次谐波，合成一个近似方波。经幅度调整和RC 移相后输送到由同相加法运算电路构成的加法器输入端，将初相位相同的10kHz 和 30kHz，50kHz 正弦波信号，作为基波和3 次谐波和 5 次谐波，合成一三角波。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 7 页个人资料整理仅限学习使用一、方案论证与比较1. 方波振荡电路的设计方案论证与选择方案一：使用运放构成多谐振荡电路输出方波。图 1-1-1方案二：使用 555 定时器构成的多谐振荡器产生方波。方案的选择：两种方案都能输出产生方波，但方案一产生的方波是双极性而且幅值较大，而方案二电路相对简单，555 定时器具有使用灵活、方便，价格便宜的优点，只需外接少量的阻容元件就可以构成各种信号产生、变换电路，但产生的是单极性方波，但其方波幅值较小。故选方案一。2.滤波电路的设计方案论证与选择方案一：使用运放构成有源滤波器如图1-2-1。图 1-2-1 方案二：使用无源RC滤波器方案的选择：两种方案都能实现滤波功能，且方案一输出的正弦波波形稳定，失真度较小，集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。而方案二无源滤波器受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象等因素，故选方案一。3.移相电路的设计方案论证与选择方案一：用一个运算放大器构成移相电路方案二：使用两个运放构成RC 移相电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 7 页个人资料整理仅限学习使用图 1-3-2 方案的选择：方案二就能实现较好的移相效果，电路虽然相对一运放移相电路复杂，但是此电路能实现正负两个方向移动故采用方案二。4.加法器电路的设计方案论证与选择方案一：用运算放大器构成反向加法电路方案二：用运算放大器构成同向加法电路图 1-4-2 方案的选择：两种方案均能很好地实现加法功能，而反向加法电路会使相加后波形反向，故选择同相加法电路。二、参数分析计算低通滤波截止频率的计算方法如下： fc=1/2RC 同相加法运算电路相关参数的计算方法如下：如图1-4-2利用同相比例运算电路的特性，可得：uRRu)1 (1fO输出电压最终公式：)RR)(RR1(22928291 I2928283033OIuRRuRRu精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 7 页个人资料整理仅限学习使用若 R28= R29= R30=R33= uI1+ uI2三、测试方案及使用仪器表 3-1 仪器清单序号名称、型号、规格数量备注1 UT802 数字万用表1 2 SDS1102CFL 数字示波器1 3 YB1732A3A直流稳压电源1 4 MF47T 型指针式万用表1 方波测试：给555 定时器加 5V 电源，观察输出端的波形，并记录其波形，幅值和频率。10K滤波测试：给集成运放加正负12V 电源，观察输出波形，记录波形，幅值和频率。30K滤波测试：给集成运放加正负12V 电源，观察输出波形，记录波形，幅值和频率。峰值检测电路测试：分别将滤出的10K正弦波和 30K正弦波输入到峰值检测电路，记录输出幅值并与实际幅值进行比较。移相电路测试：给集成运放加正负12V 电源，观察输出波形，与输入波形进行比较，记录相位移动的范围。加法电路测试：给集成运放加正负12V电源，观察并记录输出波形。四、测试结果记录表表 4-1 仪器清单波形频率 KHZ ）峰峰值 v）方波见附图 8-4 10.03 21.00 10K 正弦波见附图 8-1 10.04 5.92 30K 正弦波见附图 8-2 29.10 1.96 10K 峰值检测30K 峰值监测加法测试见附图 8-5 五、测试结果分析由于实测波形与理论波形有一定差距，实测30K正弦波波形跳动较大， 50K正弦波稍有跳动，故测量值有一定误差。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 7 页个人资料整理仅限学习使用六、对本课题的总结本课题采用运放产生10KHZ方波，通过低通及带通滤波器进行滤波，虽然硬件电路较为简单，然而通过实际操作发现，带通滤波难度较高干扰较大，滤出波形质量不高，而且波形跳动，直接导致相位差一直在变，故其后的加法电路误差进一步增大。因此，对本课题进行改进的地方在于要对高频方波进行分频，得到10K，30K,50K 方波，然后对基波进行滤波，这样就降低了对滤波的要求。同时方波产生电路有555 定时器构成多谐振荡电路，产生单极性方波。但改进后焊接任务会增大。七、元器件清单表 7-1 仪器清单器件名称型号数量芯片TL074 ，TL072 3,5 电阻510,33k， 4.7k，300,1k，36k，6,4,3,5,6,6,2 电容102,103,104,476 12,4,2,2 焊接板10 x5,10 x15 1,1 八、附图附图 8-1 附图 8-2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 7 页个人资料整理仅限学习使用附图 8-3 附图 8-4 附图 8-5 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 7 页个人资料整理仅限学习使用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 7 页