完整版信号处理电路的研究与设计毕业设计文档格式.docx
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教授
南京师范大学中北学院教务处制
摘要
目前,信号产生与处理电路应用非常广泛。
例如,在测量、遥控、通信、自动控制、和超声波电焊等加工设备之中,都有正弦波振荡器的应用;
在工程应用中,例如在实验用的低频及高频信号产生电路中,往往要求正弦波震荡电路的震荡频率有一定的稳定度,有时要求震荡频率十分稳定,如通讯系统中的射频振荡电路、数字系统的时钟产生电路等。
非正弦波在一些电子系统中有着日益广泛的应用,如数字系统需要的特殊信号,如方波﹑三角波都可以通过非正弦波产生电路来得到。
此外,在电信装备和各类控制系统中,滤波器应用极为广泛;
滤波器的优劣直接决定产品的优劣,所以,对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。
基于TL082CD,本设计介绍了正弦波信号的产生,以及基于555定时器构成的多谐振荡电路的探究与设计。
同时也介绍了信号处理的相关内容,其中包括信号的叠加和二阶有源滤波放大电路的探究与设计。
使用Multisim电路仿真软件对其进行仿真,用来验证电路理论设计的正确性和可行性。
关键词:
正弦波信号产生方波信号产生信号叠加二阶有源滤波放大
Abstract
Currently,thesignalgenerationandprocessingcircuitiswidelyused.Forexample,inthemeasurement,remotecontrol,communication,automaticcontrol,andultrasonicweldingandotherprocessingequipmentinto,engineeringapplications,forexampleintheexperimentwiththelowandsine-waveoscillationfrequencyoftheoscillatorcircuitdegreeofstability,sometimesrequirestheoscillationfrequencyisverystable,astheradiocommunicationsystemoscillationcircuit,adigitalsystemclockgeneratingcircuit.Non-sinusoidalinsomeelectronicsystems-sinusoidalwavegeneratingcircuittoget.Inaddition,varioustypesoftelecommunicationsequipmentandcontrolsystems,thefilterwiderangeofapplications;
filterwilldirectlydeterminethemeritsofproducts,sotheresearchandproductionofthefiltervaluedbyallcountries.
BasedTL082CD,thisdesignintroducesthesinewavesignalgeneration,andonthe555timerconsistingofmultivibratorcircuitinquiryanddesign.Alsointroducedthesignalprocessing,includingthesignalsuperpositionandsecond-orderactivefilteramplifiercircuitofinquiryanddesign.ItsuseMultisimcircuitsimulationsoftwaresimulation,circuittheoryisusedtoverifythecorrectnessandfeasibilityofthedesign.
Keywords:
SinewavesignalgeneratorSquarewavesignalgenerationSignalsuperimposedSecond-orderactivefilteramplifier
目录
第一章绪论4
1.1课题的意义和应用背景4
1.2本课题的研究内容4
第二章信号处理电路的系统方案5
2.1系统方案介绍5
2.2系统框图5
第三章信号产生电路的分析及设计6
3.1正弦波产生电路的分析及设计6
3.1.1正弦波振荡电路原理6
3.1.2设计方案及比较6
3.1.3正弦波产生电路的实现方案6
3.2方波产生电路的分析及设计9
3.2.1555定时器的电路结构和逻辑功能9
3.2.2方波产生电路的实现方案10
第四章信号处理11
4.1求和电路11
4.2滤波放大电路的设计与分析12
4.2.1方案选择12
4.2.2二阶RC有源带通滤波器的设计13
4.2.3二阶RC有源带通滤波器的性能参数及器件参数的选取14
第五章结果分析15
结束语15
致谢16
参考文献16
附录16
附录一信号处理的电路原理图17
附录二信号处理的PCB电路图18
第一章绪论
1.1课题的意义和应用背景
在现代电子学中信号产生与处理应用于各个领域,其中信号产生可以分为正弦波振荡电路与非正弦波振荡电路,正弦波振荡电路在通信﹑广播﹑电视系统中应用广泛,常常用作载波。
非正弦波在数字系统中得到日益广泛的应用,如方波、三角波等。
在电子电路设计中常常需要对产生的不同波形和频率的信号进行处理,例如滤除信号中的噪声﹑干扰或将信号进行合成以及将信号变换成容易处理、传输﹑分析与识别的形式等,以便提取出有用信号。
1.2本课题的研究内容
设计制作能产生两个不同频率(记为f1,f2),不同波形信号的电路,将这两个信号合成得到另一个信号,将其通过滤波电路,使得频率为f1的信号能够通过,而频率为f2的信号不能够通过,还原出频率为f1的信号并将其放大。
第二章信号处理电路的系统方案
2.1系统方案介绍
整个电路由两大部分电路组成,第一部分为信号产生,产生一个频率为2kHz正弦波和10Hz的方波。
第二部分为信号处理,将产生的正弦波和方波叠加,并设计滤波电路,滤除叠加波中的方波而输出正弦波。
2.2系统框图
系统框图如图2-1所示。
通过框图,可以清晰的看出系统的各个模块的功能。
图2-1系统框图
第三章信号产生电路的分析及设计
3.1正弦波产生电路的分析及设计
3.1.1正弦波振荡电路原理
正弦波振荡电路是一个没有输入信号,依靠自激振荡产生正弦波输出信号的电路。
正弦波振荡电路也称为正弦波振荡器,其实质是放大器引正反馈的结果。
正弦波振荡电路一般由放大电路、选频网络、正反馈电路、稳幅环节四部分组成。
选频网络通常不是独立存在,有时和正反馈网络合二为一,有时和放大电路合二为一。
其基本原理如下:
在直流电源闭合的瞬间,频率丰富的干扰信号串入振荡电路的输入端,经过放大后出现在电路的输出端,但是由于幅值很小而频率又杂,不是所要求的信号。
此信号再经过选频及正反馈网络把某一频率信号筛选出来(而其他信号被抑制),再送回放大电路的输入端,整个电路的回路增益应略大于1,这样不断循环放大,得到失真的输出信号,最后经稳幅环节可输出一个频率固定、幅值稳定的正弦波信号。
3.1.2设计方案及比较
正弦波振荡电路的类型根据选频网络的组成元件可大致分为RC正弦波振荡电路、LC正弦波振荡电路、石英晶体正弦波振荡电路三种。
其中RC正弦波振荡电路一般用来产生1Hz到1MHz范围内的低频信号,而LC和石英晶体正弦波振荡电路则一般用来产生1MHz以上的高频信号。
对于产生高频信号的LC正弦波振荡电路,主要有变压器耦合式LC振荡器和三点式LC振荡器两大类。
其中变压器耦合式LC振荡器又可分为共发射极LC振荡器和共基极LC振荡器;
而三点式LC振荡器又可分为电感三点式LC振荡器和电容三点式LC振荡器。
而对于产生低频信号的RC正弦波振荡电路,主要有RC文氏桥振荡电路和双T型RC振荡电路两类。
RC正弦波振荡电路没有LC正弦波振荡电路那样尖锐的选择性,振荡波形没有LC振荡器那样纯,但RC网络简单、便宜。
RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下,LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成,可以产生高频振荡(几百千赫以上)。
由于高频运放价格较高,所以一般用分离元件组成放大电路。
根据本设计的设计要求,产生2kHz的正弦波,选用RC文氏桥式振荡电路便能达到设计要求。
3.1.3正弦波产生电路的实现方案
图3-1RC文氏桥式振荡电路原理图
如图3-1所示,RC串并联构成选频网络,其中R1与R2阻值相等,均为8k,C1与C2容值相等,均为0.01uF,R3和R4构成反馈网络,R4阻值取2k,R5、D1、D2构成稳幅电路,R4阻值取2k,调节R3可改变反馈系数,从而改变放大电路的电压增益满足振荡的幅度条件,二极管利用其稳压特性来限制输出幅度,改善输出波形,避免失真。
由图所示RC串并联电路令
其中R2=R1=R,C2=C1=C
令
其中,为运放正相端的电压,为运放的输出电压,
则得
=(3-1)
当上式分母中虚部系数为零时,RC串并联网络的相角为零。
满足这个条件的频率可由式(3-1)求出:
或(3-2)
将(3-2)代入(3-1)中有
(3-3)
由式(3-3)可知,当
或(3-4)
幅频响应的幅值为最大,即
而相频响应的相位角为零。
起振条件:
|A·
F|≥1,A≥3,其中,A为放大电路的增益,F为反馈系数。
图3-1中两个二极管的作用是起稳定幅度的作用,利用二极管导通电阻的非线性可控制负反馈的强弱,从而控制放大器电压放大倍数以达到稳定幅度的目的。
当震荡刚建立时,振幅较小,流过二极管的电流也小,其正向电阻大,负反馈减弱,保证了起震时振幅增大;
但当振幅过大时,其正向电阻变小,负反馈加深,保证了震幅的稳定。
也可以用其它的非线性元件来自动调节反馈的强度,以稳定震幅。
如:
热敏电阻,场效应管等。
电路仿真结果如图3-2所示
图3-2正弦波输出
3.2方波产生电路的分析及设计
多谐振荡方波发生器在各理工科实验中具有广泛的应用,同时在生活中的数字设备、家用电器、电子玩具等许多领域也有需求。
方波信号是一种应用极为广泛的信号,它在科学研究、工程教育及生产实践中的使用非常普遍。
它通常作为为标准信号,应用于电子电路的性能试验或参数测量。
另外,在许多测试仪中也需要用标准的方波信号检测一些物理量。
所以研究多谐振荡方波发生器具有非常重要的现实意义。
本节设计是基于555定时器设计方波产生电路
3.2.1555定时器的电路结构和逻辑功能
图3-3555定时器的电路结构
由图可知555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。
它的各个引脚功能如下:
1脚:
GND(或Vss)外接电源负端VSS或接地,一般情况下接地。
8脚:
VCC(或VDD)外接电源VCC,
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- 完整版 信号 处理 电路 研究 设计 毕业设计