電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)--方波信號(hào)波形合成電路

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）</p><p>　　方波信號(hào)波形合成電路</p><p><b>　　2011年6月</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p><b>　　（理 工 科 類）</b></p><p>　?、?、畢業(yè)設(shè)

2、計(jì)（論文）題目：</p><p>　　方波信號(hào)波形合成電路 </p><p>　?、?、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容（從綜合運(yùn)用知識(shí)、研究方案的設(shè)計(jì)、研究方法和手段的運(yùn)用、應(yīng)用文獻(xiàn)資料、數(shù)據(jù)分析處理、圖紙質(zhì)量、技術(shù)或觀點(diǎn)創(chuàng)新等方面詳細(xì)說(shuō)明）：</p>&l

3、t;p>　　設(shè)計(jì)制作一個(gè)電路，能夠產(chǎn)生多個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)，并將這些信號(hào)再合成為近似方波。電路示意圖如圖所示。 </p><p>　　基本要求：1、方波振蕩器的信號(hào)經(jīng)分頻與濾波處理，同時(shí)產(chǎn)生頻率為10kHz和30kHz的正弦波信號(hào)，這2種信號(hào)應(yīng)具有確定的相位關(guān)系； </p><p>　　2、

4、產(chǎn)生的信號(hào)波形無(wú)明顯失真，幅度峰峰值分別為6V和2V； </p><p>　　3、制作一個(gè)由移相器和加法器構(gòu)成的信號(hào)合成電路，將產(chǎn)生的10kHz和30kHz的正弦波信號(hào)作為基波和3次諧波，合成一個(gè)近似方波，波形幅度為5V。 </p><p>　　4、再產(chǎn)生5

5、0KHz的正弦信號(hào)作為5次諧波，參與信號(hào)合成，使合成的波形更接近于方波； </p><p>　　5、設(shè)計(jì)制作一個(gè)能對(duì)各個(gè)正弦信號(hào)的幅度進(jìn)行測(cè)量和數(shù)字顯示的電路，測(cè)量誤差不大于正負(fù)5%。

6、</p><p>　　6、總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 </p><p><b>　?、?、進(jìn)度安排： </b></p><p>　　第一階段（10年下13周——15周）：搜集相關(guān)資料，復(fù)習(xí)掌握相關(guān)的

7、理論知識(shí)。 </p><p>　　第二階段（16周——20周）：方波產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)、調(diào)試。 </p><p&g

8、t;　　第三階段（11年上1周——8周）：諧波產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)、調(diào)試，方波合成。 </p><p>　　第四階段（9周——13周）：正弦波幅度測(cè)量和顯示電路設(shè)計(jì)。

9、 </p><p>　　第五階段（14周——）：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，答辯。 </p><p><b>　　Ⅳ、主要參考資料：&

10、lt;/b></p><p>　　[1]、鄭君里 等《信號(hào)與系統(tǒng)》（上） [M].高等教育出版社，2005. </p><p>　　[2]

11、、康華光.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（模擬部分）[M].高等教育出版社,2003. </p><p>　　[3]、胡漢才.《單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.清華大學(xué) 出版社，2002. </p><p>　　[4]、http://www.TI.com.

12、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 張秀平 ， 2010 年 11 月 28

13、 日</p><p>　　學(xué)生姓名： 周興平 ，專業(yè)年級(jí)： 07級(jí)電子信息工程 系負(fù)責(zé)人審核意見(jiàn)（從選題是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、是否結(jié)合科研或工程實(shí)際、綜合訓(xùn)練程度、內(nèi)容難度及工作量等方面加以審核）： </p>

14、;<p>　　系負(fù)責(zé)人簽字： ， 2010 年 12 月 8 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　課題任務(wù)是對(duì)一個(gè)特定頻率的方波進(jìn)行變換產(chǎn)生多個(gè)不同頻率的弦信號(hào)，再將這些正弦信號(hào)合成為近似方波。首先設(shè)計(jì)制作一個(gè)特定頻率的方波發(fā)生器，并在這個(gè)方波上進(jìn)行必要的信號(hào)轉(zhuǎn)換，分別產(chǎn)生 10

15、KHz、30KHz 和 50KHz 的正弦波，然后對(duì)這三個(gè)正弦波進(jìn)行頻率合成，合成后的目標(biāo)信號(hào)為10KHz近似方波。</p><p>　　本課題的理論基礎(chǔ)是傅里葉級(jí)數(shù)。法國(guó)數(shù)學(xué)家傅里葉發(fā)現(xiàn)，任何周期函數(shù)都可以用正弦函數(shù)和余弦函數(shù)構(gòu)成的無(wú)窮級(jí)數(shù)來(lái)表示（選擇正弦函數(shù)與余弦函數(shù)作為基函數(shù)是因?yàn)樗鼈兪钦坏模?，后世稱為傅里葉級(jí)數(shù)一種特殊的三角級(jí)數(shù)。假設(shè){a0, a1, a2, a3, ..., an, ...}和{b1,

16、 b2, b3, ..., bn, ...}是一組無(wú)窮的常數(shù)。這些常數(shù)被稱為傅里葉系數(shù)。x是一個(gè)變量。普通的傅里葉級(jí)數(shù)可以表示為：　　</p><p>　　F(x) = a0/2 + a1 cos x + b1 sin x + a2 cos 2x + b2 sin 2x + ...+ an cos nx + bn sin nx + ... 　　</p><p>　　一些波形比較簡(jiǎn)單，比如單

17、純的正弦波，但是這些只是理論上的。在實(shí)際生活中，大多數(shù)波形都包含諧波頻率（最小頻率或基波頻率的倍數(shù)）的能量。諧波頻率能量相較于基波頻率能量的比例是依賴于波形的。傅里葉級(jí)數(shù)將這種波形數(shù)學(xué)的定義為相對(duì)于時(shí)間的位移函數(shù)（通常為振幅、頻率或相位）?！1]　</p><p>　　隨著傅里葉級(jí)數(shù)中計(jì)算的項(xiàng)的增加，級(jí)數(shù)會(huì)越來(lái)越近似于定義復(fù)雜信號(hào)波形的精確函數(shù)。計(jì)算機(jī)能夠計(jì)算出傅里葉級(jí)數(shù)的成百上千甚至數(shù)百萬(wàn)個(gè)項(xiàng)。</p&

18、gt;<p>　　本課題就是基于此原理，取基波、三次諧波及五次諧波進(jìn)行合成。當(dāng)然諧波之間要滿足一定相位及幅值比例關(guān)系，所以用同一振蕩器產(chǎn)生信號(hào)，再進(jìn)行分頻及移相等處理。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 方波振蕩器； 傅里葉級(jí)數(shù)；分頻； 濾波； 移相電路 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Mi

19、ssion is to issue a specific frequency square wave to transform strings produce multiple signals of different frequencies, then the synthesis of these sine square wave signal. First, to design a specific frequency square

20、 wave generator, and in this square wave signal on the need for conversion, were generated 10KHz, 30KHz and 50KHz sine wave, then a frequency of the three sine wave synthesis, synthesis of the target after 10KHz square w

21、ave signal.</p><p>　　The project is based on Fourier series theory. French mathematician Fourier discovered that any periodic function can be used sine and cosine functions to represent the infinite series f

22、orm (select the sine function and cosine function as basis functions because they are orthogonal), later known as the Fourier A special series of triangular series. Suppose {a0, a1, a2, a3, ..., an, ...} and {b1, b2, b3,

23、 ..., bn, ...} is a set of infinite constant. These constants are called Fourier coefficients.</p><p>　　F(x) = a0/2 + a1 cos x + b1 sin x + a2 cos 2x + b2 sin 2x + ...+ an cos nx + bn sin nx + ... 　　</p&g

24、t;<p>　　Some relatively simple waveforms, such as pure sine wave, but these are only theoretical. In real life, most of the waveforms contain harmonic frequency (minimum frequency or a multiple of the fundamental

25、frequency) energy. Harmonic frequency energy compared to the ratio of the fundamental frequency energy is dependent on the waveform. Fourier series mathematical definition of this kind of waveform relative to the displac

26、ement function of time (usually amplitude, frequency or phase). Calculated</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 系統(tǒng)方案比較……………………………………………………………1</p><p>　　一 、方波振蕩電路及濾波電路方案論證……

27、…………………………………………1</p><p>　　二、移相電路方案論證……………………………………………………………………1</p><p>　　第二章 555定時(shí)器設(shè)計(jì)…………………………………………………………3</p><p>　　一、555芯片介紹…………………………………………………………………………3</p><p>　　

28、二、振蕩器設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………3</p><p>　　第三章 分頻電路的設(shè)計(jì)與分析 …………………………………………………4</p><p>　　一、CD4017介紹……………………………………………………………………………4</p><p>　　二、CD4013介紹…………………………………………………………………………

29、…5</p><p>　　三、分頻電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………6</p><p>　　第四章 濾波電路…………………………………………………………………7</p><p>　　一、濾波技術(shù)簡(jiǎn)介…………………………………………………………………………7</p><p>　　二、NE5532芯片介紹……………

30、…………………………………………………………10</p><p>　　三、濾波電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………11</p><p>　　第五章 移相電路…………………………………………………………………13</p><p>　　一、移相技術(shù)簡(jiǎn)介…………………………………………………………………………14</p><

31、;p>　　二、 移相電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………15</p><p>　　第六章 放大及加法電路……………………………………………………….16</p><p>　　第七章 總結(jié)與展望………………………………………………………………18</p><p>　　致謝………………………………………………………………………………1

32、9</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………19</p><p>　　附錄一………………………………………………………………………………20</p><p>　　附錄二………………………………………………………………………………20</p><p>　　附錄三…………………………………………………

33、……………………………23</p><p>　　第一章 系統(tǒng)方案比較</p><p>　　一 、方波振蕩電路及濾波電路方案論證</p><p>　　方案一：用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生300KHz方波，或者用MSP430單片機(jī)自帶定時(shí)器產(chǎn)生300KHz方波，然后通過(guò)數(shù)字分頻電路分出10KHz，30KHz及50KHz方波，再通過(guò)濾波提取相應(yīng)的正弦波，這樣提取出來(lái)

34、的正弦波相位關(guān)系確定，適合于方波、三角波的合成。</p><p>　　方案二：用多個(gè)555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生分別10KHz，30KHz，50KHz的方波，然后用低通濾波電路分別把各自的基波提取出來(lái)，產(chǎn)生10KHz，30KHz，50KHz正弦波，但是這樣的正弦波相位關(guān)系不確定，不能用于合成方波三角波。</p><p>　　方案三：CPLD可編程邏輯器分別產(chǎn)生10KHz，30KHz，5

35、0KHz方波，并且三種方波之間存在明確的相位關(guān)系，然后用巴特沃斯低通濾波器將10KHz與30KHz的基波提取出來(lái)，即產(chǎn)生10KHz，30KHz的正弦波，又因?yàn)樗x用的巴特沃斯低通濾波器TLC04的截止頻率達(dá)不到50KHz，所以50KHZ正弦波的提取采用了帶通濾波器。這樣就可以產(chǎn)生出三種正弦波，在經(jīng)過(guò)移相電路將三種波形的相位差調(diào)節(jié)為0度，在通過(guò)運(yùn)算放大電路使其幅度達(dá)到所需的要求，然后再將這三種有明確相位關(guān)系的正弦波通過(guò)加法器相加，即可得到

36、所需的方波了。</p><p>　　三種振蕩電路方案比較如下：</p><p>　　由于555定時(shí)器多諧振蕩器構(gòu)造簡(jiǎn)單，頻率穩(wěn)定，所以選擇方案一。</p><p>　　二、移相電路方案論證</p><p>　　方案一：用RC構(gòu)成一級(jí)移相電路，該電路優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是在調(diào)節(jié)相位時(shí)，移相角度不大于90度，而且波形幅度的幅度發(fā)生變化，特別是

37、移相角度不大于90度不能滿足實(shí)際需要。</p><p><b>　　RC一級(jí)移相電路</b></p><p>　　圖1 RC一級(jí)移相電路</p><p>　　如圖為RC滯后型移相網(wǎng)絡(luò)，，，其中。即調(diào)節(jié)R或C，可以使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生0-90°的相移。[2]</p><p>　　方案二：用RC構(gòu)成多級(jí)移相電路，該電路結(jié)構(gòu)

38、符合相位移位的需求，可以在0-180°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)相移，但是波形會(huì)發(fā)生嚴(yán)重衰減。</p><p>　　方案三：利用全通濾波電路來(lái)構(gòu)成移相電路，該電路可以在0-180°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)相位，且幅度基本不變化。</p><p>　　圖2 二階全通濾波電路</p><p><b>　　，，其中。</b></p><p&

39、gt;　　由此可以看出，二階全通濾波電路可以產(chǎn)生0-180°相移。[2]</p><p>　　方案四：在分頻電路末端使用CD4013D觸發(fā)器對(duì)方波進(jìn)行移相然后再進(jìn)行濾波生成正弦波。</p><p>　　四種濾波電路方案比較如下</p><p>　　RC移相電路構(gòu)造簡(jiǎn)單但生成波形會(huì)有較大失真。全通濾波電路可以進(jìn)行在0-180°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)相位，波形失

40、真較小且幅度基本不變化，但構(gòu)造復(fù)雜。經(jīng)考慮選擇方案三。</p><p>　　最終總方案流程圖如下：</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　第二章 555定時(shí)器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、555芯片介紹</b></p><p>　　1．可產(chǎn)生

41、精確的時(shí)間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個(gè)5kΩ的電阻分壓器，故稱555。</p><p>　　2．電源電壓電流范圍寬，雙極型：5～16V；CMOS：3～18V。</p><p>　　3．可以提供與TTL及CMOS數(shù)字電路兼容的接口電平。</p><p>　　4．可輸出一定的功率，可驅(qū)動(dòng)微電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等。</p><p>　　5．應(yīng)用：脈沖波形

42、的產(chǎn)生與變換、儀器與儀表、測(cè)量與控制、家用電氣與電子玩具等領(lǐng)域。</p><p>　　6．TTL單定時(shí)器型號(hào)的最后3位數(shù)字為555，雙定時(shí)器的為556；CMOS單定時(shí)器的最后4位數(shù)為7555，雙定時(shí)器的為7556。它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。</p><p>　　555定時(shí)器的集成電路外形、引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。[6]</p><p>　　(a) 外引

43、線排列圖　　　　　　　　　　　　　　　(b) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　GND：接地端：低觸發(fā)端 OUT：輸出端：復(fù)位端</p><p>　　CO：控制電壓端 TH：高觸發(fā)端 D：放電端 VCC：電源端</p><p>　　圖4　555定時(shí)器外引線排列及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>

44、;　　二、振蕩器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　選擇采用NE555多諧振蕩器。利用深度正反饋，通過(guò)阻容耦合使兩個(gè)電子器件交替導(dǎo)通與截止，從而自激產(chǎn)生方波。根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，我最終選擇如圖5所示占空比及頻率可調(diào)振蕩電路，電阻選擇3.3K歐姆電位器，電容使用1000pF。</p><p>　　圖5 555振蕩器電路</p><p>　　第三章 分頻電路

45、的設(shè)計(jì)與分析 </p><p>　　一、CD4017介紹</p><p>　　十進(jìn)制計(jì)數(shù)／分頻器CD4017，其內(nèi)部由計(jì)數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)的分配，整個(gè)輸出時(shí)序就是O0、O1、O2、…、O9依次出現(xiàn)與時(shí)鐘同步的高電平，寬度等于時(shí)鐘周期。 </p><p>　　CD4017有10個(gè)輸出端（O0～O9）和1個(gè)進(jìn)位輸出端～O5-9。每輸入10個(gè)

46、計(jì)數(shù)脈沖，～O5-9就可得到1個(gè)進(jìn)位正脈沖，該進(jìn)位輸出信號(hào)可作為下一級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)。</p><p>　　CD4017有3個(gè)輸入（MR、CP0和~CP1），MR為清零端，當(dāng)在MR端上加高電平或正脈沖時(shí)其輸出O0為高電平，其余輸出端（O1～O9）均為低電平。CP0和～CPl是2個(gè)時(shí)鐘輸入端，若要用上升沿來(lái)計(jì)數(shù)，則信號(hào)由CP0端輸入；若要用下降沿來(lái)計(jì)數(shù)，則信號(hào)由～CPl端輸入。設(shè)置2個(gè)時(shí)鐘輸入端，級(jí)聯(lián)時(shí)比較方便，可驅(qū)動(dòng)

47、更多二極管發(fā)光。 </p><p>　　由此可見(jiàn)，當(dāng)CD4017有連續(xù)脈沖輸入時(shí)，其對(duì)應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。[6]</p><p><b>　　圖 6 </b></p><p>　　二、CD4013介紹</p><p>　　在電子技術(shù)中，N/2(N為奇數(shù))分頻電路有著重要的應(yīng)用，對(duì)一個(gè)

48、特定的輸入頻率，要經(jīng)N/2分頻后才能得到所需要的輸出，這就要求電路具有N/2的非整數(shù)倍的分頻功能。CD4013是雙D觸發(fā)器，在以CD4013為主組成的若干個(gè)二分頻電路的基礎(chǔ)上，加上異或門等反饋控制，即可很方便地組成N/2分頻電路?！?上面介紹的N/2分頻電路僅限于N≤7，當(dāng)N≥7時(shí)，可根據(jù)分頻N值的大小，相應(yīng)增加二分頻級(jí)數(shù)，并恰當(dāng)引接反饋信號(hào)走線，便可得到N≥7的分頻電路。　　N/2分頻電路的特性如下：　　1.電路工作原理是，在第n

49、個(gè)周期，末級(jí)兩分頻器的輸出為高電平時(shí)，輸入時(shí)鐘脈沖的上升沿使分頻電路工作；在第n＋1個(gè)周期，末級(jí)兩分頻器的輸出為低電平時(shí)，輸入時(shí)鐘脈沖的下降沿使分頻電路工作?！?.電路采用的是異步觸發(fā)形式，各觸發(fā)器的初始狀態(tài)不會(huì)影響到分頻的功能。如果要求初始狀態(tài)為“0”狀態(tài)，可以將D觸發(fā)器的復(fù)位端R引出，接至復(fù)位控制電路。　　3.輸入信號(hào)fi的最高工作頻率fimax除受到CMOS元件fM的限制外，還受到D觸發(fā)器、反饋門翻轉(zhuǎn)延遲和電容C濾波頻率特性的

50、影響，所以應(yīng)盡可能提高fi的值。一般情況下，最高工作頻率f</p><p>　　CD4013引腳圖如下：[6]</p><p><b>　　圖 7</b></p><p><b>　　三、分頻電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)題意要求，分頻電路實(shí)現(xiàn)將300KHz方波通過(guò)分頻產(chǎn)生 10KHz、

51、30 KHz和 50 KHz的新的方波。</p><p>　　在某特定頻率的方波上要產(chǎn)生幾個(gè)其他頻率方波，可按照這些頻率的最小公倍數(shù)×2 為原則，題目要求的三個(gè)頻率為 10KHz、 30KHz和 50KHz，其公倍數(shù)為 150KHz，再乘以 2，則上述方波發(fā)生器為 300KHz。驗(yàn)證一下：300KHz頻率 30 分頻得 10KHz，10 分頻 30KHz，6 分頻 50KHz。 采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)分配器CD

52、4017配合 D觸發(fā)器CD4013實(shí)現(xiàn)分頻為上述3個(gè)頻率的方波，CD4017 默認(rèn) 10 分頻，下圖中二極管正極連接位置決定分頻系數(shù)。對(duì)于 CD4013，所起的作用是將由 CD4017 分頻后非 50%占空比調(diào)節(jié)為 50%。設(shè)計(jì)電路見(jiàn)圖 所示，300KHz輸入信號(hào)送 CD4017 的 CLK（14pin），輸出信號(hào)從 CD4013 的 Q 端送出。</p><p><b>　　具體電路如圖所示：<

53、;/b></p><p>　　圖8 50KHz分頻電路</p><p>　　該圖中由于 D2 接 CD4017 的 Q3，因此實(shí)現(xiàn)將 300KHz 3分頻，為300KHz/3=100KHz 再經(jīng)后級(jí) CD4013 進(jìn)行 2 分頻，獲得了 100KHz/2=50KHz 的頻率。 對(duì)于 30KHz和 10KHz的分析計(jì)算方法相同，不再細(xì)述。</p><p><

54、;b>　　第四章 濾波電路</b></p><p><b>　　一、濾波技術(shù)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　濾波技術(shù)是通信和工程測(cè)試領(lǐng)域的重要環(huán)節(jié)，濾波網(wǎng)絡(luò)的理論逼近問(wèn)題，早在上個(gè)世紀(jì)的三四十年代就已解決，但濾波器的綜合技術(shù)，由于其網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)的實(shí)際選擇和調(diào)試的困難，一直沒(méi)有長(zhǎng)足的發(fā)展。近年來(lái)雖然有開關(guān)電容式專用集成濾波芯片問(wèn)世，但價(jià)格不菲，電路

55、噪聲也不盡人意。因此對(duì)RC有源濾波器優(yōu)化綜合技術(shù)的研究，在信號(hào)處理和實(shí)時(shí)工控等領(lǐng)域，仍有積極的實(shí)際意義。所謂優(yōu)化綜合，指的是實(shí)現(xiàn)電路較簡(jiǎn)潔；或是網(wǎng)絡(luò)參數(shù)易確定，調(diào)試方便；或是濾波器有確定的截止頻率解析式，有較好的精度。[10]</p><p>　　濾波器分為無(wú)源濾波器與有源濾波器兩種：</p><p>　?、?無(wú)源濾波器:   由電感L、電容C及電阻R等無(wú)源元件組成

56、</p><p>　?、?有源濾波器:   一般由集成運(yùn)放與RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由于集成運(yùn)放的增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗很低，故有源濾波器還兼有放大與緩沖作用。利用有源濾波器可以突出有用頻率的信號(hào)，衰減無(wú)用頻率的信號(hào)，抑制干擾和噪聲，以達(dá)到提高信噪比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應(yīng)用于通信、測(cè)量及控制技術(shù)中的小信號(hào)處理。</p><p

57、>　　從功能來(lái)上有源濾波器分為：   低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、   帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器（BEF）、   全通濾波器（APF）。</p><p>　　其中前四種濾波器間互有聯(lián)系，LPF與HPF間互為對(duì)偶關(guān)系。當(dāng)LPF的通帶截止頻率高于HPF的通帶截止頻率時(shí)，將LPF與HPF相串聯(lián)，就構(gòu)成了BPF，而LPF與HP

58、F并聯(lián)，就構(gòu)成BEF。在實(shí)用電子電路中，還可能同時(shí)采用幾種不同型式的濾波電路。濾波電路的主要性能指標(biāo)有通帶電壓放大倍數(shù)AVP、通帶截止頻率fP及阻尼系數(shù)Q等。[12]</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　二階有源濾波器是一種信號(hào)檢測(cè)及傳遞系統(tǒng)中常用的基本電路, 也是高階慮波器的基本組成單元。常用二階有源低通濾波器的電路型式有壓控電壓源型

59、、無(wú)限增益多路反饋型和雙二次型。</p><p>　　二階濾波，是實(shí)現(xiàn)高階濾波網(wǎng)絡(luò)的積木塊。Butterworth 濾波網(wǎng)絡(luò)，又稱“最平坦幅頻特性” 濾波網(wǎng)絡(luò)。式(1)是二階Butterworth歸一化濾波網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)：式中ζ——系統(tǒng)阻尼系數(shù)    ω0——系統(tǒng)固有角頻率    當(dāng)時(shí)，稱為最佳阻尼系數(shù)，此時(shí)系統(tǒng)的幅頻特性也最為平坦。顯然，二

60、階Butterworth傳遞函數(shù)是取得最佳阻尼系數(shù)的傳遞函數(shù)。</p><p>　　可求得其傳遞函數(shù)為：    電路阻尼系數(shù)：</p><p>　　電路阻尼系數(shù)是一個(gè)重要的參數(shù)，傳遞函數(shù)的兩個(gè)極點(diǎn)均由阻尼系數(shù)ζ所表征，它對(duì)系統(tǒng)在整個(gè)頻域內(nèi)能否穩(wěn)定工作起著決定性的作用。阻尼系數(shù)ζ越小，在s平面內(nèi)越靠近虛軸，系統(tǒng)越不穩(wěn)定。因此我們的任務(wù)是既要使阻尼系數(shù)取得0

61、.707的最佳值，又要使阻容參數(shù)選擇和調(diào)試方便，同時(shí)還要保證截止頻率f0有較規(guī)范的解析式。[13]</p><p>　　RC有源濾波器的共同特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)潔，有簡(jiǎn)潔明了的頻率解析式，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)調(diào)試方便，且有較好的精度，同時(shí)均通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，性能穩(wěn)定，電路噪聲小，已在多種場(chǎng)合得以應(yīng)用。[14]</p><p>　　二、NE5532芯片介紹</p><p>　　NE553

62、2芯片構(gòu)成濾波電路。</p><p>　　NE5532功能特點(diǎn)簡(jiǎn)介:</p><p>　　NE5532/SE5532/SA5532/NE5532A/SE5532A/SA5532A是一種雙運(yùn)放高性能低噪聲運(yùn)算放大器。 相比較大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器，如1458，它顯示出更好的噪聲性能，提高輸出驅(qū)動(dòng)能力和相當(dāng)高的小信號(hào)和電源帶寬。這使該器件特別適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備，儀器和控制電路和電話通

63、道放大器。如果噪音非常最重要的，因此建議使用5532A版，因?yàn)樗鼙ＷC噪聲電壓指標(biāo)。[14]</p><p><b>　　NE5532特點(diǎn)：</b></p><p>　　?小信號(hào)帶寬：10MHZ ?輸出驅(qū)動(dòng)能力：600Ω，10V有效值  ?輸入噪聲電壓：5nV/√Hz(典型值)  ?直流 電壓增益：50000  ?交流電

64、壓增益：2200-10KHZ ?功率帶寬： 140KHZ ?轉(zhuǎn)換速率： 9V/μs ?大的電源電壓范圍：±3V-±20V  ?單位增益補(bǔ)償</p><p>　　NE5532引腳圖：</p><p>　　圖9  NE5532 8腳引腳</p><p>　　NE5532內(nèi)部原理圖:&

65、lt;/p><p>　　圖10 5532內(nèi)部電路圖</p><p><b>　　三、濾波電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為了便于計(jì)算，我電容都使用1000pF。對(duì)于10KHz分量，電阻使用10K歐姆。</p><p><b>　　具體電路如下圖：</b></p><p>&

66、lt;b>　　圖11</b></p><p>　　它由兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成，在集成運(yùn)放輸出到集成運(yùn)放同相輸入之間引入一個(gè)負(fù)反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當(dāng)信號(hào)頻率f＞＞f0時(shí)（f0 為截止頻率），電路的每級(jí)RC 電路的相移趨于-90º，兩級(jí)RC 電路的移相到-180º，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時(shí)通過(guò)電容c 引到集成運(yùn)放同相端的反饋是負(fù)

67、反饋，反饋信號(hào)將起著削弱輸入信號(hào)的作用，使電壓放大倍數(shù)減小，所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減，只允許低頻端信號(hào)通過(guò)。其特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低。[16]</p><p><b>　　傳輸函數(shù)為：</b></p><p>　　令 稱為通帶增益 </p><p><b>　　稱為等效品質(zhì)因數(shù) <

68、;/b></p><p><b>　　稱為特征角頻率 </b></p><p><b>　　則 </b></p><p>　　上式為二節(jié)低通濾波電路傳遞函數(shù)的典型表達(dá)式</p><p>　　注： 濾波電路才能穩(wěn)定工作。</p><p>　　對(duì)于50KHz和 30KHz的

69、分析計(jì)算方法相同，不再細(xì)述。</p><p><b>　　第五章 移相電路</b></p><p><b>　　一、移相技術(shù)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　線性時(shí)不變網(wǎng)絡(luò)在正弦信號(hào)激勵(lì)下，其響應(yīng)電壓、電流是與激勵(lì)信號(hào)同頻率的正弦量，響應(yīng)與頻率的關(guān)系，即為頻率特性。它可用相量形式的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)來(lái)表示。在電氣工程與電子工程中，

70、往往需要在某確定頻率正弦激勵(lì)信號(hào)作用下，獲得有一定幅值、輸出電壓相對(duì)于輸入電壓的相位差在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的響應(yīng)（輸出）信號(hào)。這可通過(guò)調(diào)節(jié)電路元件參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通常是采用RC移相網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的</p><p>　　最簡(jiǎn)單的模擬電路移相是RC移相和LC移相，我們一般采用RC移相電路。</p><p>　　圖12 用相量圖表示了簡(jiǎn)單串聯(lián)電路中電阻和電容兩端的電壓UR、UC和輸入電壓U的關(guān)系，值得注

71、意的是：相量法的適用范圍是正弦信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，并且在R、C的值都已固定的情況下，由于Xc的值是頻率的函數(shù)，因此，同一電路對(duì)于不同頻率正弦信號(hào)的相量圖表示并不相同。在這里，同樣的移相電路對(duì)不同頻率信號(hào)的移相角度是不會(huì)相同的，設(shè)計(jì)中一定要針對(duì)特定的頻率進(jìn)行。[18]</p><p>　　我們一般將RC與運(yùn)放聯(lián)系起來(lái)組成有源的移相電路，圖13是個(gè)典型的可調(diào)移相電路，它實(shí)際上就是圖1中兩個(gè)移相電路的選擇疊加：在圖12兩個(gè)

72、移相電路之后各自增加了一個(gè)跟隨器，然后用一個(gè)電位器和一個(gè)加法器進(jìn)行選擇相加。</p><p>　　如果用相量法來(lái)表示輸出量和輸入量的關(guān)系，我們可以得到圖2電路的兩個(gè)方程：</p><p>　　這里我們可以將以上方程稱為用相量形式表示的傳遞函數(shù)或傳遞方程。</p><p>　　以上兩個(gè)傳遞方程實(shí)際上就是圖1兩個(gè)電路的傳遞方程，它們表示出了輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間的關(guān)系，

73、從相位來(lái)看，如果把輸入信號(hào)看成是在橫軸正向的單位為1的信號(hào)，則傳遞方程的實(shí)部對(duì)應(yīng)著輸出信號(hào)所處的橫坐標(biāo)，虛部則對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)所處的縱坐標(biāo)，由于以上傳遞方程的分母恒大于零，因此H1表示經(jīng)過(guò)IC1后的信號(hào)相位在第4象限（實(shí)部為正，虛部為負(fù)），而H2表示經(jīng)過(guò)IC2后的信號(hào)相位在第1象限（實(shí)部為正，虛部也為正）。至于移相的具體角度則應(yīng)該是輸入頻率的函數(shù)。[18]</p><p>　　對(duì)圖 和圖 電路，經(jīng)過(guò)兩個(gè)簡(jiǎn)單移相電

74、路的相移角度分別是</p><p>　　φ1=arctg（-ωRC）和φ2=arctg（1/ωRC）</p><p>　　對(duì)于周期為2πRC的信號(hào)來(lái)說(shuō)，角頻率ω=1/RC，這時(shí)的移相角度分別為-45°和+45°，在這種情況下，圖2電路的移相角度不會(huì)大于±45°，當(dāng)圖2電路的電位器調(diào)到盡頭都達(dá)不到規(guī)定的移相角度時(shí)，可考慮改變電路參數(shù)或者改變電路。<

75、;/p><p>　　在不改變?cè)?shù)的情況下，一個(gè)很笨的方法可以這樣來(lái)做：如果圖2中的移相角度在RW向下調(diào)節(jié)的過(guò)程中逐漸接近要求，但將RW的滑動(dòng)臂調(diào)到最下方仍然達(dá)不到理想結(jié)果時(shí)，我們就可以去掉IC1和IC3,再在IC2后面加一個(gè)同樣的IC2電路，只不過(guò)這時(shí)可以把電阻R換成可調(diào)電阻以改變移相的角度。</p><p>　　有人會(huì)把圖2中IC1電路和IC2電路說(shuō)成是低通電路和高通電路，因?yàn)樵谟性礊V波

76、器中，這兩個(gè)電路確實(shí)是起到了低通和高通的作用。但正如我們這里只稱圖1中間的電路是基本的RC移相電路，而不說(shuō)它是微分電路、耦合電路、隔直電路、復(fù)位電路和高通電路一樣，我們這里主要利用了圖2電路的移相作用，因此我們這里就只說(shuō)它是移相電路。</p><p>　　實(shí)際上，很多有源濾波器都有移相作用，在有源濾波器中考慮的主要是電路的幅頻特性，而我們這里更重視的是相頻特性。在得到電路的傳遞函數(shù)后，我們可以直接用jω代替原傳遞

77、函數(shù)中的s，這樣就得到用相量形式表示的傳遞函數(shù)或稱傳遞方程。然后有理化分母，并分析傳遞方程的實(shí)部和虛部，從而就可以得到移相的角度，具體的移相角度應(yīng)該是</p><p>　　φ = tg-1[(傳遞方程虛部)/(傳遞方程實(shí)部)]</p><p>　　注意第1象限和第3象限的相應(yīng)角度具有相同的正切值，同樣第2象限和第4象限的相應(yīng)角度也有相同的正切值，因此在使用公式“φ = tg-1[(傳遞方程

78、虛部)/(傳遞方程實(shí)部)]”之前，應(yīng)該首先分析輸出信號(hào)所在的象限。[19]</p><p><b>　　二、 移相電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由于方波信號(hào)經(jīng)由濾波器濾波處理后，其相位會(huì)發(fā)生改變，并且不同的頻率，經(jīng)過(guò)濾波器后的相位移動(dòng)不同，而題目要求合成的方波和三角波的諧波信號(hào)與基波信號(hào)皆同相位，故要求制作的移相器的作用是使濾波后的三路信號(hào)移至同相位。本次設(shè)計(jì)

79、的移相電路采用的是全通濾波器能改變即能改變相位也可以不改變信號(hào)的幅值的原理，如圖14 所示，通過(guò)改變的阻值可以實(shí)現(xiàn)相位的移動(dòng)，將該電路多級(jí)串聯(lián)，可以增大相角移動(dòng)的范圍。[20]</p><p><b>　　圖14 </b></p><p>　　經(jīng)過(guò)示波器觀察，基波10KHz正弦波與30KH正弦波相位相同，所以只需對(duì)50KHz正弦波進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。</p>

80、<p>　　第六章 放大及加法電路</p><p>　　由傅里葉級(jí)數(shù)可知基波，三次諧波，五次諧波的振幅比為，</p><p>　　在進(jìn)入加法器之前，我們應(yīng)當(dāng)把它們峰峰值分別調(diào)整為6V，2V，1.2V。</p><p>　　現(xiàn)有型號(hào)TL082CP，該運(yùn)放采用DIP8的封裝形式，各引腳如圖1。</p><p>　　圖15 TL

81、082系列DIP8封裝引腳圖</p><p><b>　　具體電路圖如下：</b></p><p><b>　　圖16</b></p><p>　　由于信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后幅值不確定,所以R2使用100K歐姆電位器，這樣便于調(diào)節(jié)。測(cè)試時(shí)候發(fā)現(xiàn)信號(hào)有毛刺，后來(lái)考慮電源的波動(dòng)影響，在正負(fù)電源端各加了一個(gè)104的瓷片濾波電容，再進(jìn)行測(cè)

82、試發(fā)現(xiàn)波形有較大改善。</p><p><b>　　具體電路圖如下：</b></p><p>　　圖17 　電源加濾波電容</p><p>　　加法器電路采用如圖18所示的模擬加法器，濾波器輸出的正弦信號(hào)分別由T1,T2,T3端口輸入后疊加，得到題目所要求的疊加信號(hào)，調(diào)節(jié)R4可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的峰峰值進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p&

83、gt;<b>　　圖18 加法電路</b></p><p><b>　　第七章 總結(jié)與展望</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)及主要講述了合成信號(hào)發(fā)生器的工作原理及工作過(guò)程。在說(shuō)明工作院里的過(guò)程中，突出了合成信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)中基本電路的組成單元以及這些單元如何實(shí)現(xiàn)信號(hào)合成的。結(jié)合本設(shè)計(jì)的內(nèi)容，指出了個(gè)單元電路的設(shè)計(jì)方法和意義。在這次設(shè)計(jì)中遇到了很多

84、實(shí)際的問(wèn)題。在實(shí)際設(shè)計(jì)中才發(fā)現(xiàn)，書本上的理論性的東西與實(shí)際還是有一定出入的。所以有些問(wèn)題不但要深入地理解，而且要不斷更正以前的錯(cuò)誤思維。這才是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在。</p><p>　　很多電路可以借鑒課本上的，但怎么銜接這些模塊是問(wèn)題的關(guān)鍵。 </p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　我在這里首先要感謝的是我的學(xué)位論文指導(dǎo)

85、老師——zz老師。這篇畢業(yè)論文從開題、資料查找、修改到最后定稿，如果沒(méi)有她的心血，尚不知以何等糟糕的面目出現(xiàn)。 </p><p>　　謹(jǐn)向我的父母和家人表示誠(chéng)摯的謝意。他們是我生命中永遠(yuǎn)的依靠和支持，他們無(wú)微不至的關(guān)懷，是我前進(jìn)的動(dòng)力；他們的殷殷希望，激發(fā)我不斷前行。沒(méi)有他們就沒(méi)有我，我的點(diǎn)滴成就都來(lái)自他們。</p><p>　　讓我依依不舍的還有各位學(xué)友、同門和室友。在我需要幫助的時(shí)候

86、，宋加才、代繼龍、顧慧等學(xué)友伸出溫暖的雙手，鼎立襄助。。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]、鄭君里 等《信號(hào)與系統(tǒng)》（上） [M].高等教育出版社，2005.

87、 </p><p>　　[2]、康華光.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（模擬部分）[M].高等教育出版社,2003. </p><p>　　[3]、胡漢才.《單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.清華大學(xué) 出版社，2002.

88、 </p><p><b>　　[4]、 </b></p><p>　　[5]、信號(hào)與系統(tǒng).第2版  科學(xué)出版社 2010</p><p>　　[6]、信號(hào)與系統(tǒng)  北京理工大學(xué)出版社 2007</p><p>　　[7]、信號(hào)與系統(tǒng)   

89、;機(jī)械工業(yè)出版社 2007</p><p>　　[8]、模擬電路分析與設(shè)計(jì)  大連理工大學(xué)出版社 2010</p><p>　　[9]、模擬電路設(shè)計(jì)與制作 電子工業(yè)出版社 2007</p><p>　　[10]、模擬電路與數(shù)字電路 電子工業(yè)出版社 2004</p><p>　　[11]、電子設(shè)

90、計(jì)與仿真技術(shù).第2版   機(jī)械工業(yè)出版社 2010</p><p>　　[12]、.電子設(shè)計(jì)與制作100例   電子工業(yè)出版社 2009</p><p>　　[13]、.電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù):Multisim 10 & Ultiboard 10.第2版  東南大學(xué)出版社 2009</p><p&

91、gt;　　[14]、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽實(shí)訓(xùn)教程  北京航空航天大學(xué)出版社 2007</p><p>　　[15]、電子設(shè)計(jì)與實(shí)戰(zhàn)指導(dǎo)  電子工業(yè)出版社 2007</p><p>　　[16]、電子設(shè)計(jì)制作完全指導(dǎo) 化學(xué)工業(yè)出版社 2009</p><p>　　[17]、運(yùn)算放大器應(yīng)用手冊(cè).基礎(chǔ)知識(shí)篇   

92、;電子工業(yè)出版社 2010</p><p>　　[18]、運(yùn)算放大器及其應(yīng)用 科學(xué)出版社 2008</p><p>　　[19]、運(yùn)算放大器應(yīng)用電路設(shè)計(jì) 科學(xué)出版社 2007</p><p>　　[20]、運(yùn)算放大器原理與應(yīng)用  科學(xué)出版社 2005</p><p><b>　　附錄

93、一;</b></p><p><b>　　原器件清單</b></p><p><b>　　NE555P 1只</b></p><p>　　4148二極管 5只</p><p>　　3.3K歐姆電位器 3只</p><p>　　10K歐姆電位器 4只</p

94、><p>　　1000pF電容 5只</p><p>　　0.01uF電容3只</p><p>　　0.1uF電容 3只</p><p><b>　　CD4017 3只</b></p><p><b>　　CD4013 3只</b></p><p>　　N

95、E5532運(yùn)算放大器 2只</p><p>　　TL082運(yùn)算放大器 3只</p><p><b>　　5伏電源 2只</b></p><p><b>　　12伏電源 2只</b></p><p><b>　　電阻若干</b></p><p><b

96、>　　附錄二：</b></p><p><b>　　10KHz正弦波：</b></p><p><b>　　30KHz方波：</b></p><p><b>　　10KHz正弦波：</b></p><p><b>　　30KHz正弦波：</b&