【正文】 負(fù)號(hào) ,所以對于諧波 ,也應(yīng)該調(diào)整相位 ,每隔一個(gè)諧波相位就需反向一次。反向比例運(yùn)算電路如圖 所示 ,根據(jù)運(yùn)放虛短虛斷的原則 ,輸入電壓 Ui通過分壓電阻 R1 加在運(yùn)放的負(fù)向輸入端 ,反饋電阻 Rf 是連接輸入電壓與輸出電壓的通道 ,構(gòu)成一個(gè)完整的反饋網(wǎng)絡(luò) ,同相端接電阻 R2 到地 ,由虛短虛斷的概念可知 :電壓增益為 A V0/Vi Rf/R1。 對于方波 ,根據(jù)傅里葉變換可以對它進(jìn)行分解得 : 式 由式 ,方波的傅里葉變化各次諧波的系數(shù)比為 1 : 1/3 : 1/5???由于對于基波為 10K 赫茲的正弦波 ,它的峰峰值為 6V,所以根據(jù)這個(gè)系數(shù)比 ,30K赫茲的正弦波的峰峰值應(yīng)該為 2V,50K 赫茲的正弦波它的峰峰值應(yīng)該為 ,而且具題意各諧波的初始相位應(yīng)該都為 0。 圖 等幅移相電路模塊 移相電路模塊的難點(diǎn) :由運(yùn)放組成的等幅移向電路也相當(dāng)于一個(gè) RC 電路 ,固定電容值 ,改變電 阻 R3 值可以調(diào)整電路的相位 ,設(shè)置 R R4 相等阻值 ,故幅值恒為 1。在前面電路將三角波轉(zhuǎn)化為正弦波時(shí) ,由于電容的存在就會(huì)產(chǎn)生一定的相移 ,為了使合成波形達(dá)到相位要求 ,就必須對正弦波進(jìn)行相位的調(diào)整 ,以實(shí)現(xiàn)三路波形的相位同步 ,對于相移電路 ,有超前相移電路與滯后相移電路之分 ,根據(jù)需要 ,必須添加移相電路 ,解決相位不同步的問題。 圖 RC 無源積分電路 波形變換電路模塊難點(diǎn) :對于有源積分電路和濾波電路 ,都需要設(shè)置適當(dāng)?shù)淖枞輩?shù) ,使波形無明顯的失真 ,若是充電時(shí)間大于放電時(shí)間 ,或者小于放電時(shí)間 ,就會(huì)有出現(xiàn)失真 ,這要求仿真的時(shí)候設(shè)置好參數(shù) ,在做模塊時(shí)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整阻容值 ,可以達(dá)到要求。所以本設(shè)計(jì)三角波變正弦波選用 RC 濾波器是比較合理的。我們可以用傅里葉函數(shù)將三角波展開為一次諧波、三次諧波、五次諧波等奇數(shù)次諧波 ,因此當(dāng)信號(hào)通過低通濾波器后 ,我們可以只取出基波信號(hào) ,濾除高次諧波 ,這樣就可以將三角波轉(zhuǎn)化為基波的正弦波。假設(shè)電容初始電壓 Vc為零 ,那么 dt 式 由式 可得 V01/RC∫ V1dt 式 由 式 ,輸出電壓 V0是輸入電壓 V1在時(shí)間 t上的積分 ,其中的負(fù)號(hào)是因?yàn)橛煞聪噍斎攵私尤?,說明他們在相位上是相反的。根據(jù)運(yùn)放虛短、虛地以及虛斷的特性 ,如圖 所示。 圖 CD4017 引腳圖 圖 CD4013 引腳圖 方波 三角 波變換電路設(shè)計(jì)本課題方波變?nèi)遣ǖ脑O(shè)計(jì)采用的是利用有源積分電路來實(shí)現(xiàn) ,由運(yùn)放以及電容來構(gòu)成有源積分電路如圖 。此器件可用作分頻器 ,也可單獨(dú)用移位寄存器 ,當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)是上升沿出發(fā)時(shí) ,那么 Q輸出端的邏輯電平信號(hào)將會(huì)同步于 D觸發(fā)端。 正常工作的溫度范圍 : E 類 :40℃ 85℃ 。 工作條件 : 正常工作的電源電壓范圍 :3V15V。反之 ,那么計(jì)數(shù)功能是無效的。實(shí)物圖如圖 圖 CD4017 它的時(shí)鐘輸入端具有對脈沖進(jìn)行整形功能 ,對輸入時(shí)鐘信號(hào)的下降沿和上升沿?zé)o時(shí)間無限制 ,是由于輸入端的斯密特觸發(fā)器。其次注意他們既可以雙電源供電 ,也可以單電源供電 ,本方案選擇的是雙電源供電。到此 ,三種諧波信號(hào)都以產(chǎn)生。 圖 30K 分頻器電路 如圖 所示 ,CD4017 的 Q5 接 D6到 15 腳 ,實(shí)現(xiàn)的是將 300k方波進(jìn)行 5分頻 ,從三腳輸出 60khz的方波信號(hào) ,經(jīng)過 CD4013的兩分頻 ,輸出信號(hào)為 30KHz 的方波。至于 CD4013,他的作用就是將 CD4017 分頻后的信號(hào)再進(jìn)行兩分頻 ,設(shè)計(jì)電路見圖 所示。 本設(shè)計(jì)是將方波信號(hào)分頻為一次、三次、五次諧波 ,頻率分別為 10K、 30K以及 50K 的信號(hào)波形 ,根據(jù)題目的要求 ,我們可以知道 ,在某個(gè)頻率大小的方波上分頻為其他頻率的波形 ,可以拿這些頻率的最小公倍數(shù)乘以 2 作為分頻的方波信號(hào) ,題目所需要的頻率為 10K、 30K 和 50K 的諧波信號(hào) ,這三個(gè)信號(hào)的公倍數(shù)為150K 赫茲 ,然后再乘以 2,則前面電路的方波發(fā)生器輸出頻率應(yīng)為 300K 赫茲。 THS4011 在接入電路中 ,當(dāng)頻率達(dá)到 f 1 MHz 時(shí) ,總諧波失真為 80 dBc,比較適合本設(shè)計(jì)的參數(shù)要求 ,其封裝如圖 所示。 THS4011 CD 放大器具有很高的輸出驅(qū)動(dòng)能力。 5 V 到177。 THS4011CD 非常高的速度 290 M 赫茲的帶寬 G dB 310 V / us 轉(zhuǎn)換速率 37 ns 沉淀時(shí)間 % 非常低的失真 總諧波失真為 80 dBc 110 毫安輸出電流驅(qū)動(dòng) Typical nV//的電壓噪聲 具有優(yōu)秀視頻性能 70 MHz 帶寬 分貝 ,G 1 %增益誤差 176。 如果所定的頻率為 300K 赫茲 ,并且假定 C1 為 1000P 的話 ,根據(jù) F1/T,可以得出周期為 :T1/300000Hz(S) 106(S),則 : *(R2+R5)* 10 6 (R2+R5)( * 106)/( * 1000 * 1012)1500(Ω)(KΩ) 因此我們可以選擇電位器 R5大小為 2千歐 ,然后在配合固定電阻 R2大小為 300 歐姆 ,調(diào)節(jié)電位器就可以改變振蕩的頻率。 所以可得 T2 *(R2+R5)* C1 * Ln(2R1/R1 + 1)。 T2 *(R2+R5)* C1 * Ln(2R1/R6+1)。 T2T1。這時(shí) ,電容 C1 通過 R R5 向運(yùn)放的輸出端放電 ,電容 C1的電壓 下降 ,此時(shí) ,當(dāng)電容的電壓低于運(yùn)放同向輸入端電壓時(shí) ,運(yùn)放輸出端電壓再次翻轉(zhuǎn) ,輸出高電平 ,如此的周而復(fù)始 ,產(chǎn)生振蕩 ,輸出方波信號(hào)。 圖 300khz 方波產(chǎn)生電路 方波產(chǎn)生的原理 當(dāng)在 t 時(shí)刻 ,如果運(yùn)放的正輸入電壓高于負(fù)輸入 ,那么電壓偏于正飽和 ,運(yùn)放輸出為高電平 (正峰值 U),即 Vo +U。 方案選擇 :因此 ,我們采用方案一 ,選擇 LCD12864 作為本設(shè)計(jì)的顯示模塊 ,以便達(dá)到題目的要求。 方案二 :數(shù)碼管顯示 數(shù)碼管是一種由半導(dǎo)體組成的發(fā)光器件 ,他是是采用 BCD 編碼來顯示數(shù)字與字符 ,發(fā)光二極管是他的的基本單元。 信號(hào)的檢測與顯示方案分析 信號(hào)的檢測和顯示部分用的是單片機(jī) MSP430 來完成的 ,由于檢測的信號(hào)最高頻率僅僅為 50KHz,檢測信號(hào)送到 MSP430 的 10 位 AD 轉(zhuǎn)換并換算 ,可以得到其幅值 ,將得到的幅值送給顯示器顯示。 信號(hào)合成電路分析 運(yùn)放產(chǎn)生的方波信號(hào)在通過方波 三角波 正弦波的波形變換和移相以后 ,信號(hào)輸出的大小將有一定比例的衰減 ,在合成前是需要將各個(gè)諧波信號(hào)的幅值調(diào)整到要 求的大小 ,這樣才能使合成的波形無明顯失真。故方波轉(zhuǎn)三角波選此方案。所以根據(jù)實(shí)際情況 ,選擇方案三作為系統(tǒng)的濾波方 案。 方案二 :采用實(shí)時(shí) DSP 數(shù)字濾波技術(shù) ,數(shù)字信號(hào)靈活性大 ,可以在不增加硬件成本的基礎(chǔ)上對信號(hào)進(jìn)行有效的濾波 ,但要進(jìn)行濾波 ,需要 A/D、 D/A 既有較高的轉(zhuǎn)換速率 ,處理器具有較高的運(yùn)算速度 ,成本高。其通帶內(nèi)相應(yīng)最為平坦 ,衰減特性和相位特性都很好 ,對器件的要求也不高。其帶通的范圍很窄 ,要與各次諧波的頻率接近。 波形變換電路分析 本設(shè)計(jì)有兩個(gè)地方需要進(jìn)行波形轉(zhuǎn)化 ,首先是將方波變成三角波 ,然后將三角波轉(zhuǎn)化成正弦波 ,這就需要一個(gè)濾波電路來完成。以延時(shí)輸出方波的方式實(shí)現(xiàn)的移相 ,輸出信號(hào)的頻率以參考信號(hào)的頻率為準(zhǔn) ,而參考信號(hào)的頻率則可以精確給定 ,可用于對頻率要求高 ,且需無級(jí)移相 的場合 ,但其硬件電路比較復(fù)雜 ,綜合考慮不適合本設(shè)計(jì)需要。 DDS 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)電路較為復(fù)雜 。一類是利用單片機(jī)計(jì)數(shù)延時(shí)的方法實(shí)現(xiàn) 。 方案三 :使用數(shù)字移相技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 圖 1(a)滯后電路 圖 1(b)超前電路 圖 2移相電路 方案二 :等幅移向電路 如圖 3 所示 ,為等幅移向電路 ,通過改變電阻 ,電容值可以使信號(hào)的相位移動(dòng) ,改變原有的相位 ,可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)相位同步的目的。其中圖 2(a)實(shí)現(xiàn)滯后相移 90 o。的相移。此電路主要也運(yùn)用了電容的電流超前電壓 90 度這一特性。移相電路是對分頻濾波以后的各個(gè)諧波信號(hào)進(jìn)行相位的調(diào)整 ,使它們的相位關(guān)系能同步 ,因此本設(shè)計(jì)是根據(jù)相位超前與相位滯后的理論 ,分別設(shè)置積分電路與微分電路 ,根據(jù)需求 ,設(shè)計(jì)相應(yīng)的電 路滿足系統(tǒng)需要。此分頻電路利用 TI公司的計(jì)數(shù) \脈沖分 配器 CD4017B以及 D觸發(fā)器 CD4013B作為分頻電路 ,使用這種方法可以實(shí)現(xiàn)對任意的整數(shù)頻率進(jìn)行分頻 ,電路結(jié)構(gòu)簡單 ,比較穩(wěn)定 ,所以根據(jù)系統(tǒng)要求 ,我選擇方案二 ,此方案容易實(shí)現(xiàn)分頻。他的原理和集成計(jì)數(shù)器相