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1、雙運(yùn)放弛張振蕩器及有源濾波器設(shè)計(jì)目 錄摘 要11. 系統(tǒng)方案21.1 方案比較與選擇21.2 方案描述22. 理論分析與計(jì)算22.1弛張振蕩器的電路分析22.2 濾波器電路分析.2 2.3純電阻網(wǎng)絡(luò)衰減器電路分析.33. 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì).3 3.1 弛張振蕩器電路.3 3.2 濾波器電路.4 3.3 純電阻網(wǎng)絡(luò)衰減器.64. 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果.6 4.1測(cè)試儀器.6 4.2 測(cè)試方案及結(jié)果.6 4.3 誤差分析.7 摘 要本設(shè)計(jì)采用雙運(yùn)放弛張振蕩器形成方波和三角波,并對(duì)產(chǎn)生的電路進(jìn)行濾波,產(chǎn)生1k,3k和5k的正弦波。電路包括振蕩器模塊,帶通濾波器模塊以及直流偏置等幾部分。 振蕩器部分采用雙運(yùn)
2、放弛張振蕩器;濾波器部分采用4階巴特沃斯帶通濾波器實(shí)現(xiàn)濾波,分別濾出1次,3次,5次諧波;直流偏置采用電阻分壓和運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn),可調(diào)范圍大,效果明顯。關(guān)鍵詞:信號(hào)發(fā)生器 濾波器 直流偏置 占空比頻率可調(diào)1. 系統(tǒng)方案 1.1方案比較與選擇方案一:選用單片機(jī)作為波形發(fā)生器的源,經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換,既可得到我們想要的任何波形。但該方案有一個(gè)缺點(diǎn),無(wú)法做出頻率很高的波形。方案二:選用FPGA來(lái)作為波形發(fā)生器的源,其他的同方案一,我們也可以產(chǎn)生我們想用的任何波形。該方案的成本比較高。方案三:選用雙運(yùn)放構(gòu)成的馳張振蕩器作為頻率源,經(jīng)濾波器后,選出需要頻率的正弦波既可。該方案可通過(guò)一個(gè)滑動(dòng)電阻實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)。且經(jīng)
3、濟(jì)實(shí)惠,應(yīng)題目要求,我們選用該方案實(shí)現(xiàn)多路波形發(fā)生器。 1.2方案描述本方案中,我們選用雙運(yùn)放構(gòu)成馳張振蕩器,一個(gè)運(yùn)放構(gòu)成遲滯比較器,其輸出為方波。另一個(gè)運(yùn)放構(gòu)成理想積分器,保證電容的橫流充電,實(shí)現(xiàn)線性很好的三角波輸出。輸出的三角波,又作為遲滯比較器的輸入,控制遲滯比較器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。這樣周而復(fù)始形成震蕩。正弦波的產(chǎn)生,則可以將生成的方波通過(guò)一個(gè)帶通濾波器產(chǎn)生。2. 理論分析與計(jì)算 2.1 弛張振蕩器的電路分析雙運(yùn)放弛張振蕩器,運(yùn)算放大器U1A是比較器,U2A構(gòu)成反向積分器。在U1A的輸出端輸出方波,在U2A的輸出端輸出三角波。峰峰值的計(jì)算公式為:U_o1pp=2Ucc U_o2pp=2 R1/
4、R2 * Ucc頻率的計(jì)算公式為:f0=(R2)/(4R3 *C* R1 ) 其中,表示滑動(dòng)變阻器中所接入電阻的比例。根據(jù)幅度和頻率的要求,可以計(jì)算出各個(gè)電阻和電容的值。根據(jù)題目要求矩形波頻率可調(diào)、占空比可調(diào),設(shè)置調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器和,來(lái)調(diào)節(jié)方波的頻率和占空比。由于電容C1不斷充電和放電,滑動(dòng)變阻器可以改變充電和放電的時(shí)常數(shù),可以改變方波的占空比。此外,在運(yùn)算放大器U1C的輸出端和地之間接一個(gè)的電容,可以將高頻分量濾出,輸出的三角波不會(huì)有毛刺。要輸出峰峰值為5V,直流偏置2.5V的方波信號(hào),可將輸出的方波信號(hào)進(jìn)行比例放大,并且通過(guò)加法器增加直流偏置。 2.2 濾波器電路分析方波信號(hào)經(jīng)三路不同頻率有
5、源帶通濾波器,同時(shí)產(chǎn)生頻率為1kHz、3kHz和5kHz的正弦波,-3dB帶寬200Hz,帶外衰減-40dB/十倍頻以上下降;1kHz的幅度峰峰值為6V,3kHz的幅度峰峰值為2V。設(shè)計(jì)三個(gè)四階巴特沃斯帶通濾波器,中心頻率分別為1kHz、3kHz和5kHz。發(fā)揮部分要求正弦波1kHz的正弦波直流偏置從-2V至2V可調(diào),設(shè)計(jì)加法器,利用比例運(yùn)算關(guān)系,在加法器的一個(gè)輸入端添加滑動(dòng)變阻器,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器即可實(shí)現(xiàn)該功能。 2.3 純電阻網(wǎng)絡(luò)衰減器電路分析本題要求制作40dB純電阻網(wǎng)絡(luò)衰減器,輸入輸出阻抗100k歐姆。這里使用對(duì)稱(chēng)的T網(wǎng)絡(luò)。由阻抗關(guān)系可得:R_O=R_I+R_2(R_1+R_I)又根據(jù)電
6、路輸入電壓和輸出電壓關(guān)系可得:(R_I+R_1)/R_I ×U_I/R_2 +U_I/R_I )×R_1=U_O-U_I×(R_I+R_1)/R_I 根據(jù)以上兩式,結(jié)合已知數(shù)據(jù)可以求得,R_1=98k,R_2=2k。3. 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.1弛張振蕩器電路3.2濾波器電路1KHZ巴特沃斯帶通濾波器電路3KHZ巴特沃斯帶通濾波器電路5KHZ巴特沃斯帶通濾波器電路正弦波可調(diào)直流偏置電路3.3純電阻網(wǎng)絡(luò)衰減器純電阻T網(wǎng)絡(luò)衰減器4. 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果4.1測(cè)試儀器 示波器、穩(wěn)壓電源、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、掃頻儀等。4.2測(cè)試方案及結(jié)果測(cè)試方法: 1.信號(hào)發(fā)生器直接通過(guò)示波器測(cè)試
7、讀數(shù); 2.濾波器帶寬以及衰減測(cè)量:通過(guò)調(diào)節(jié)輸入方波的頻率,找到帶通濾波器的中心頻率點(diǎn)即最大增益處的頻率以及-3dB點(diǎn),即可得到改帶通濾波器的帶寬。調(diào)節(jié)頻率至十倍頻,記錄此時(shí)的增益得到衰減分貝。3.電阻衰減器測(cè)量方法:電源輸出外接100K,分別測(cè)量加入和未加入該電阻時(shí)的輸入輸出電壓從而計(jì)算輸入輸出阻抗。 測(cè)試結(jié)果:峰峰值最大值最小值頻率通帶方波5.96V2.96V-3.00V1.000KHZ三角波4V2.04V-1.96V1.000KHZ正弦波(1KHZ)6.00V3.04V-2.96V1.010KHZ785HZ1100HZ正弦波(3KHZ)1.4V800mv-600mv3016KHZ2923HZ3013HZ4.3誤差分析 本實(shí)驗(yàn)中,誤差較大的是1K濾
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