基于鼎陽示波器的信號(hào)波形合成

一、設(shè)計(jì)方案

1.1方波產(chǎn)生電路

555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路。電路幅值與占空比可調(diào)，產(chǎn)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(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS163和觸發(fā)器HEF4013構(gòu)成分頻電路。計(jì)數(shù)器進(jìn)行奇數(shù)次分頻，觸發(fā)器進(jìn)行二分頻。電路占空比為50%

1.3濾波電路

由運(yùn)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(diào)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?shí)現(xiàn)多路信號(hào)相加，但穩(wěn)定性不高

1.6峰峰值檢測(cè)電路

利用場效應(yīng)管和電容等構(gòu)成峰峰值檢測(cè)電路。電路性能穩(wěn)定，檢測(cè)精度良好，但在高頻范圍內(nèi)檢測(cè)精度一般。

二、參數(shù)分析及計(jì)算

2.1方波產(chǎn)生電路頻率及占空比計(jì)算

由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖-2所示。該電路通過對(duì)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(yīng)滿足

同時(shí)調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(shù)計(jì)算

分頻電路如圖-3所示。將多諧振蕩器得到的方波經(jīng)過分頻器進(jìn)行15分頻、5分頻、3分頻，再經(jīng)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(jí)濾波使用。

圖-3

2.3濾波電路參數(shù)計(jì)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(jì)算得截止頻率為12kHZ,32kHZ,53kHZ時(shí)的電阻電容參數(shù)。為防止電路起振，放大倍數(shù)均取1.5倍以下。

圖-4

2.4移相電路參數(shù)計(jì)算

移相電路如圖1-4-2所示,利用放大器的差動(dòng)輸入，在

處產(chǎn)生+90度相移。若以產(chǎn)生90度相移的頻率為中心，頻率偏離時(shí)，其相角為：

為了獲得任意的相角，選擇適當(dāng)?shù)碾娙葜?.01u，因?yàn)?/p>

通過5K滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)即可實(shí)現(xiàn)相位調(diào)節(jié)。

2.5加法電路參數(shù)計(jì)算

根據(jù)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(diào)至與公式相符，相加后即得所需波形。

2.6峰峰值檢測(cè)電路參數(shù)計(jì)算

峰峰值檢測(cè)電路如圖-5所示，利用兩片TL072比較跟隨，電容充放電，場效應(yīng)管保持峰值從而實(shí)現(xiàn)峰值檢測(cè)功能。

圖-5

三、系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)

測(cè)試方案

(1) 測(cè)試各模塊輸出的方波，正弦波的幅值，頻率與波形。

(2) 調(diào)節(jié)正弦波幅值，相位至滿足傅里葉關(guān)系，測(cè)試合成波形數(shù)據(jù)。

(3) 對(duì)各輸出正弦波進(jìn)行峰值檢測(cè)測(cè)試，計(jì)算誤差。

測(cè)試儀器

數(shù)字存儲(chǔ)示波器：鼎陽(SIGLENT)SDS1102CFL 100MHz 2GSa/s

經(jīng)測(cè)試所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表一所示。測(cè)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(shè)計(jì)要求值相差0.6V。

表一 信號(hào)合成電路測(cè)試數(shù)據(jù)

用SDS1202CFL測(cè)試顯示波形如下：