基于鼎陽示波器的信號波形合成

一、設計方案

1.1方波產生電路

555定時器構成多諧振蕩電路。電路幅值與占空比可調，產生的方波為單極性，波形上升沿較陡

1.2分頻電路

由十六進制計數器74LS163和觸發(fā)器HEF4013構成分頻電路。計數器進行奇數次分頻，觸發(fā)器進行二分頻。電路占空比為50%

1.3濾波電路

由運放TL072和無源元件RC組成二階有源帶通濾波電路。該電路既可以濾除直流和高次諧波分量，又可以放大電壓

1.4移相電路

如圖-1所示，RC等幅移相電路。電路可調相范圍為0～90°，幅度恒定。

圖-1

1.5加法電路

同相求和電路?？蓪崿F多路信號相加，但穩(wěn)定性不高

1.6峰峰值檢測電路

利用場效應管和電容等構成峰峰值檢測電路。電路性能穩(wěn)定，檢測精度良好，但在高頻范圍內檢測精度一般。

二、參數分析及計算

2.1方波產生電路頻率及占空比計算

由555定時器組成的多諧振蕩器如圖-2所示。該電路通過對電容C的充放電得到周期性矩形波。由振蕩頻率公式

占空比公式

若要使方波頻率為300kHZ，應滿足

同時調節(jié)滑動變阻器，使其上下端阻值相等，得到占空比為50%的方波。

圖-2

2.2分頻電路參數計算

分頻電路如圖-3所示。將多諧振蕩器得到的方波經過分頻器進行15分頻、5分頻、3分頻，再經過D觸發(fā)器二分頻，從而得到占空比為50%的10kHZ,30kHZ,50kHZ的方波，用于后級濾波使用。

圖-3

2.3濾波電路參數計算

濾波電路如圖-4所示，該濾波器為二階帶通濾波器。高通部分用于濾除直流分量，低通部分用于濾出10kHZ,30kHZ,50kHZ的正弦波。由截止頻率公式

分別計算得截止頻率為12kHZ,32kHZ,53kHZ時的電阻電容參數。為防止電路起振，放大倍數均取1.5倍以下。

圖-4

2.4移相電路參數計算

移相電路如圖1-4-2所示,利用放大器的差動輸入，在

處產生+90度相移。若以產生90度相移的頻率為中心，頻率偏離時，其相角為：

為了獲得任意的相角，選擇適當的電容值0.01u，因為

通過5K滑動變阻器的調節(jié)即可實現相位調節(jié)。

2.5加法電路參數計算

根據方波的傅里葉展開式

三角波的傅里葉展開式

將三路正弦波幅值和相位分別調至與公式相符，相加后即得所需波形。

2.6峰峰值檢測電路參數計算

峰峰值檢測電路如圖-5所示，利用兩片TL072比較跟隨，電容充放電，場效應管保持峰值從而實現峰值檢測功能。

圖-5

三、系統(tǒng)測試數據

測試方案

(1) 測試各模塊輸出的方波，正弦波的幅值，頻率與波形。

(2) 調節(jié)正弦波幅值，相位至滿足傅里葉關系，測試合成波形數據。

(3) 對各輸出正弦波進行峰值檢測測試，計算誤差。

測試儀器

數字存儲示波器：鼎陽(SIGLENT)SDS1102CFL 100MHz 2GSa/s

經測試所得實驗數據如表一所示。測試波形如圖-6至圖-12所示。濾波所得正弦波誤差為0%，合成方波峰值與設計要求值相差0.6V。

表一 信號合成電路測試數據

用SDS1202CFL測試顯示波形如下：