信号波形合成实验_zyy20141229
48页1、武汉大学珞珈学院 电子设计竞赛研讨 信号波形合成实验电路,武汉大学珞珈学院 翟月英 2014.12.30,题意分析 振荡信号产生 分频与信号调理 移相与信号合成,主要内容:,信号波形合成实验电路,信号波形合成实验电路,任务 设计制作一个电路,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和其他信号。电路示意图如图1所示:,图1 电路示意图,1基本要求 (1)方波振荡器的信号经分频与滤波处理,同时产生频率为10kHz 和30kHz的正弦波信号,这两种信号应具有确定的相位关系; (2)产生的信号波形无明显失真,幅度峰峰值分别为6V和2V; (3)制作一个由移相器和加法器构成的信号合成电路,将产生的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,波形幅度为5V,合成波形的形状如图2所示。,信号波形合成实验电路,图2 利用基波和3次谐波合成的近似方波,2发挥部分 (1)再产生50kHz的正弦信号作为5次谐波,参与信号合成,使合成的波形更接近于方波; (2)根据三角波谐波的组成关系,设计一个新的信号合成电路,将产生的10kHz、30kHz等各个正弦信号,合成
2、一个近似的三角波形; (3)设计制作一个能对各个正弦信号的幅度进行测量和数字显示的电路,测量误差不大于5; (4)其他。,信号波形合成实验电路,一、原理分析,周期性信号可以按照傅里叶级数的定义由三角函数线性组合来表示:,其中,,根据傅里叶展开式可以得知,合成出周期性信号的关键在于两点: (1)各个谐波的幅值与展开式中的系数一致; (2)各个谐波保证同相。,1、方波的傅里叶级数分析,将方波进行傅里叶展开:,一、原理分析,2、三角波的傅里叶级数分析,将三角波信号进行傅里叶展开:,(注:负号表示相位相反),一、原理分析,本题可分解为三个主要问题:,产生一个基频(本题目中为10kHz)的振荡信号;,分频获得各个谐波,并且将其调理到和傅里叶级数系数相一致的幅度,并且滤除杂波;,将各个谐波调整到相位相同,相加合成为方波或者三角波。,一、原理分析,一、原理分析,波形合成电路 系统方案,二、振荡信号产生,振荡信号产生方式: CPLD或者FPGA产生并且分频 振荡电路 集成芯片如NE555等,三角波和矩形波 1、RC积分电路+比较器,RC2T,三角波和矩形波 1、RC积分电路+比较器,i,i,三角波和矩
3、形波 1、RC积分电路+比较器,滞回比较器,三角波和矩形波 1、RC积分电路+比较器 555芯片,T=tW1+tW2 tW1=0.693(R1+R2)C tW2=0.693R2C,三角波和矩形波 1、RC积分电路+比较器 555芯片,占空比可调 充电 放电,频率也可调,=0, =1,为振荡电路,三角波和矩形波 1、RC积分电路+比较器 2、反馈型多谐振荡器,幅度条件:放大倍数=1,相位条件:相位相同 注意以上条件可以在多次反馈中满足,反馈环节: 直接反馈,电容反馈,晶振反馈, 选频电路反馈,多谐振荡器,正弦波振荡,(1) 普通反相门构成多谐振荡器,2、反馈型多谐振荡器,反相门的相位关系和幅度关系: 相位:反相加时延 幅度:,74LS04 CD4069,在输入端和输出端之间接入一个反馈电阻RF,可使反相器工作在转折区。,(1) 普通反相门构成多谐振荡器,2、反馈型多谐振荡器,反相门的相位关系:反相加时延,环路基本原理: 偶数级反相:相移为360 奇数级反相:相移在两遍环路后为360,(1) 普通反相门构成多谐振荡器,2、反馈型多谐振荡器,对称型多谐振荡器,tw1= tw2=0.693RC
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