多路正弦波合成实验.doc

精品文档多路正弦波合成实验目录摘要.1一、系统方案11、40dB放大器方案比较与选择12、移相器方案比较与选择13、加法器方案比较与选择24、系统整体框图2二、理论分析与计算21、40dB放大器的电路分析22、-45移相器（1khz）的电路分析33、-45移相器（3khz）的电路分析34、加法器电路分析4三、 系统电路设计41、40dB放大器电路42、 -45移相器（1khz）的电路53、 加法器电路5四、测试方案与测试结果51、测试仪器52、测试方案及结果63、误差分析72欢迎下载。摘要本设计由40dB放大器、移相器和加法器等主要功能模块组成。放大器采用运放级联的方式达到40dB增益，对上次实验衰减网络输出1KHz正弦波衰减信号进行放大；移相器采用一阶全通滤波器，利用其相频特性来实现移相功能；加法器采用普通的反向比例放大器即可实现1KHz正弦波信号与3KHz正弦波信号相加，合成近似方波。关键词：移相器 加法器 近似方波一、系统方案1、40dB放大器方案比较与选择：方案一：使用三极管搭建放大电路。三极管搭建共射、共基、共集电路，通过级联达到放大倍数要求，并施以一定的反馈提高系统稳定性。此方案成本低，但稳定性差，偏置电流难以调节，且放大带器宽受到三极管特征频率的限制，难以准确控制。方案二：使用运放构成三级级联放大器。第一级放大使用运放搭建同向放大器，提高输入阻抗。第二级、第三极搭建反相比例放大器，使整个放大器输出信号与输入信号同相，并在第三极运放同相端增加偏置调节电路，减小输出电压漂移。此方案可同时满足增益、输出电压漂移小、输入阻抗大和放大带宽的要求。综上所述，本设计的40dB放大器选择方案二。2、移相器方案比较与选择：方案一：无源RC移相器。通过控制电阻与电容的值来调节相移，并通过放大器调节幅度增益为1。本方案思路简单明了，但是，每次调节相移都会引起幅度的变化。方案二：一阶全通滤波器构成的移相器。用放大器构成一阶全通滤波器，移相的大小可通过调节电阻实现，且增益可恒定为1。综上所述，方案二不但电路简单且效果好，故此次设计选择方案二。3、加法器方案比较与选择：加法器只需完成简单的相加任务，普通的反向相加器便可满足要求。4、系统整体框图 通过以上分析，系统整体框图如图1所示，系统由放大器，移相器，相加器依次级联而成。相加器输出为近似方波。图1 系统整体框图二、理论分析与计算1、40dB放大器的电路分析此放大器由三级放大电路级联而成，第一级为同向放大电路，第二、三级为反向放大电路。输入阻抗分析：第一级的同向输入可提高放大器的输入阻抗，理想状态下，放大器的输入阻抗为无穷大，可满足题目要求的放大器输入阻抗大于100K。放大倍数与输入带宽分析：由于LM324的压摆率较低，因此，应尽量减少后级放大电路的升压压力，避免输出波形在高频输入时失真。为此，选择第一级放大倍数为10，第二级放大倍数为5，第三级放大倍数为2。 输出电压漂移分析：由于外部电磁干扰与放大器非理想特性而存在的偏置电压影响，当输入为0V时，输出并不为零。为使输出电压漂移尽可能减小，在末级放大器的同相输入端接入偏置电压，微调滑动变阻器，可调节输出电压漂移。 高频增益补偿：由于放大器的频率特性，高频时其放大倍数会显著下降。因此，可在电阻两端并联一个小电容，以补偿增益。2、-45移相器（1khz）的电路分析 用全通滤波器移相时，其增益可设置为1。当电容C1接同向端与地之间时，全通移相器的相移公式为：取C1=10nF，算得R2=6592。3、-45移相器（3khz）的电路分析 3khz移相器电路与-45移相器（1khz）的电路形式一样，经过计算， 只需将电阻R2的值设成2197。4、加法器电路分析采用反向相加器，其增益设置为2，即可输出幅度约5V的近似方波。3、 系统电路设计1、40dB放大器电路如图2图2 放大器电路2、 -45移相器（1khz）的电路如图3图3 -45移相器（1khz）的电路3、 加法器电路如图4图 4 加法器电路四、测试方案与测试结果1、测试仪器：设备名称型号数量DDS函数信号发生器TFG10101台示波器DS1062E-EDU1台可跟随直流稳压电源SS33231台万用表UNI-T UT39C1个2、测试方案及结果放大器测试：1、增益测试：输入Vpp=10mV的1khz正弦信号，用示波器测量输出电压，即可算出增益；2、输出电压漂移测试：输入端接地，在输出端测量输出电压，得漂流电压；3、输出阻抗测试：在输入端串接一个电阻R，信号源输入信号，测量信号源电压U1和放大器两端电压U2，可得输入阻抗Z=U2*R/(U1-U2)；4、放大带宽测试：保持输入信号幅度为10mv，逐渐改变信号源输入频率，到放大器不能正常放大时为其放大带宽；测试结果：1、输出电压Vpp=0.972V，增益G=97.2。2、漂流电压=3.2mv。3、串接电阻R输入信号幅度U1放大器两端电压U22M100mv32mv输入阻抗=1M。4、输入信号频率50hz1khz5khz20khz30khz40khz幅度（v）0.9680.9720.9720.9720.9720.984输入信号频率50khz60khz70khz80khz250khz幅度（v）1.021.021.021.050.707放大器带宽为250KHz。移相器测试：将输入信号和经移相后的信号接入双踪示波器，读出移相角度；测试结果：-45移相器（1khz）相移-47；-45移相器（3khz）相移 -46；相加器测试：输出信号接入示波器，观察波形。测试结果：波形为近似方波，符合题目要求。3、 误差分析 各级级联后相加器输出的近似方波存在比较大的噪声及毛刺，原因是信号经T型衰减及放大时