《解题思路》信号波形合成实验电路(2)
信号波形合成实验电路设计
信号波形合成实验电路设计【摘要】本文设计了一个用于演示波形合成的实验电路，其主要包括方波振荡电路、分频电路、滤波及调理电路和移相加法电路等。
实验结果表明：所设计的电路产生的相应幅度的10kHz，30kHz和50kHz正弦波分别作为基波和3次谐波和5次谐波可以合成一个近似方波，并与理论相符。
【关键词】信号合成；方波振荡电路；滤波；移相1.引言非正弦周期信号可以通过fourier展开式分解成直流、基波以及与基波成自然倍数的高次谐波的叠加。
这个概念是信号与系统、数字信号与处理等多门学科的理论基础，然而这个规律一般都是以抽象的数学公式表示，即使采用仿真的方法来验证，学生也没有一个信号波形分解合成的一个深刻、直观的理解。
因此，本文设计了一个信号波形合成的实际电路，用于验证：若要得到某种特殊的周期性电信号，可以将一系列正弦波形合成所需要的电信号。
2.实验内容设计然，随着谐波增多合成后就越接近方波，但是这与方波还有一定的差距，从理论上讲，按该式由无穷多项满足要求的谐波就可逼近方波了。
本实验要求设计前3次谐波，即1、3、5次谐波，近似合成一定基波频率和幅值的方波。
由（2）式可以知道，其1、3、5次谐波的幅值比为1：（1/3）：（1/5），即6：2：1.2，且前三级谐波的频率比为1：3：5。
基本功能要求如下：（1）设计一个能产生300kHz方波信号的信号源。
（2）所得的方波通过分频滤波处理得到10kHz，30kHz，50kHz的正弦波信号。
（3）产生的信号较稳定，且无明显失真。
（4）10kHz，30kHz和50kHz的正弦波分别作为基波和3次谐波和5次谐波，合成一个近似方波。
3.电路设计根据信号波形合成实验内容设计，实验电路总体框架图如图1所示。
其主要有300kHz方波振荡电路、分频电路、滤波调理电路、移相加法电路等组成。
由方波振荡电路产生300kHz方波，通过分频电路实现300kHz方波信号的30分频，10分频和6分频，从而得到10kHz，30kHz和50kHzd的方波。
第五组--信号波形合成电路实验(2010年电子竞赛C题论文)2
高，在高压、高频、大功率的场合不适用。 综合以上的分析，由 TI 公司生产的宽带低失真单位增益稳定的电压反馈运算放
大器 OPA842 组成的滤波电路满足本次设计的要求，因此选择方案二。 1.1.3 移相电路
方案一：用双极性运算放大器 OP07 组成的移相电路，由于 OP07 具有非常低的 输入失调电压，所以在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07 是一种低噪声， 非斩波稳零的双极性运算放大器，由它组成的移相电路具有电路简单、工作可靠、成 本低、波形好、适应性强，而且可以提供 180°的相移。
表一：信号编码表
A0
A1
X
1
0
0
1
0
波形 正弦波 方波 三角波
A0、A1 表示波形设定端；X 表示任意状态；1 为高电平；0 为低电平。 74LS14 非门对输出的信号进行整形，使输出的波形更加的理想。 3.1.2 分频电路 分频电路如附录图 3 所示，由 74LS90、74LS00、CD4013 三片芯片组成。先将 300KHz 的方波信号进行 3 分频、5 分频、15 分频，再通过 D 触发器二分频，最终得到 50KHz、 30KHz、10KHz 的正弦波信号。 74LS90 不仅可以用于计数，还能用于分频，一片 74LS90 可构成最大进制计数器 是十进制，若分频数大于 10，则要用两片或多片级联，级联后高位的周期即为分频 后的周期，但占空比并非 50%，这就需要用 D 触发器对分频后的方波进行整形。74LS00 是四集成与非门，在电路中起缓冲隔离的作用。CD4013 是由两个相同的、相互独立 的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和 Q 及 Q
方案三：用 MAX038 精密、高频波形发生器来产生方波信号，电路结构简单，能产 生 0.1Hz～20MHz 的方波信号，波形的频率和占空比可以由电流、电压或电阻控制 。 MAX038 构成的电路低失真、低漂移、外围元件少、可靠性和稳定性好，但相对于上 面的方案而言，价格会稍高一点。
信号波形合成实验电路
信号波形合成实验电路摘要：本设计通过ICL8038产生300K方波信号，再通过计数器CD4518及74LS161与D 触发器分频成多个不同频率的方波信号，并将这些信号经过巴特沃斯低通滤波器、反相比例运放电路、 型滤波电路、跟随器，将其转换为10K、30K、50K正弦信号，再经RC移相电路之后，利用同相输入求和加法器将峰峰值分别为6V、2V、1.2V的正弦波合成为近似方波及其他信号。
Abstract：This design can produce 300KHz square-wave signals by ICL8038, then spilt frequency through CD4518 counter with D flip-flop 74LS161 , and will put these signals through butterworth low-pass filter, opposite proportion amp circuit, filter circuit and follower circuit,and will produce 10KHz,30KHz and 50KHz sine signals, then by using RC phase-shifting circuit with these signals and same-phase sum adder,it can compound 6V、2V、1.2V sine signals to produce approximate sine signals and other signals.一、系统方案与论证1.1高频方波产生电路的比较方案一：采用555定时器，555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容就可以产生方波。
缺点是本电路需要产生高频方波，而用555定时器产生的高频方波不稳定。
方案二：采用ICL8038精密压控函数发生器，ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz～1M Hz的正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。
信号波形合成设计
信号波形合成设计信号波形合成的基本原理是将多个基础信号波形按照一定的规则进行叠加或混合，生成一个复合波形。
通常，基础信号波形可以是正弦波、方波、锯齿波等。
通过改变基础信号波形的频率、幅度、相位等参数，可以合成出各种不同的复合波形。
1.加法合成法：将多个基础信号波形相加，得到复合波形。
这种方法简单直接，可以通过调整每个基础信号波形的振幅和相位来实现波形合成。
2.乘法合成法：将多个基础信号波形进行逐点相乘，得到复合波形。
这种方法可以用于产生调幅信号和调制信号。
3.快速傅里叶变换（FFT）合成法：将基础信号波形通过快速傅里叶变换转换为频域信号，然后对频域信号进行加权合成，最后通过逆傅里叶变换将频域信号转换回时域信号。
这种方法可以用于合成复杂的信号波形，但是需要进行频域和时域之间的转换计算。
4.波形表合成法：提前计算好各种基础信号波形的数学表达式，并将计算结果存储在波形表中。
在合成时，通过读取波形表中的数值，并按照一定的插值算法进行插值计算，得到复合波形。
这种方法可以高效地实现波形合成，但是需要提前计算并存储大量的波形表。
信号波形合成在很多领域中都有广泛应用。
例如，在音频合成中，可以使用信号波形合成技术合成各种乐器的声音。
在图像合成中，可以使用信号波形合成技术合成各种图案和纹理。
在视频合成中，可以使用信号波形合成技术合成各种特效和动态效果。
总结起来，信号波形合成是一种将多个信号波形合并为一个复合波形的技术，通过改变基础信号波形的参数，可以合成出各种不同的复合波形。
信号波形合成的实现方法有加法合成法、乘法合成法、FFT合成法和波形表合成法等。
信号波形合成在音频合成、图像合成、视频合成等领域中有着广泛的应用。
【原创】信号波形合成实验电路
信号波形合成实验电路摘要：本文介绍了一个信号波形合成的电路方案。
该电路能产生多个不同频率的正弦信号，并将这些信号再合成为近似方波和三角波。
该电路用运放构成的迟滞比较器并结合RC震荡电路产生了方波，产生的方波再经滤波电路进行分频产生出不同频率的正弦波，这些不同频率的正弦波经移相电路形成不同相位的正弦波，再经由运放构成的加法器电路最终产生合成信号。
此外，该电路还以LM3s811为主控制器对产生的信号的幅度和频率进行测量和数字显示。
所有指标都达到题目要求。
关键词：方波电路分频与滤波移相电路加法器电路Abstract：This article describes a signal waveform synthesis circuit scheme. The circuit can produce several different frequency sinusoidal signal, and these signals and then to an approximate square wave synthesis and other signals. The circuit amplifier consisting of comparator with hysteresis RC oscillation circuit produced a square wave, square wave generated by the filter circuit for frequency division produces different frequency sine wave, these different frequency sine wave and then via the formation phase-shift circuit different phase sine wave, then through the amplifier consisting of Adder the resulting composite signal. In addition, this circuit is also the main controller LM3s811 circuit on the amplitude of the signal measurement and digital display. All indicators have reached the required title.Key words:：The shock wave circuit, frequency division and filtration, phase-shifting circuit, adder circuit一、作品简介根据题目要求，此波形发生器的设计主要包括四个部分：方波振荡电路、分频与滤波电路、移相电路、加法器电路。
信号波形发生与合成
信号波形发生与合成摘要本实验设计验证制作一个电路，能够产生多个不同频率的正弦信号，并将这些信号再合成为近似方波信号。
本实验使用了集成运放TL081A产生幅值为5V，频率为1kHz的方波，再利用有源低通滤波器电路进行滤波，得到幅度峰峰值为12V，频率为1kHz的正弦基波分量，同时，利用有源带通滤波器可得到幅度峰峰值为4V，频率为3kHz的正弦三次谐波分量。
再用移相电路对正弦基波分量进行相位调节，最后用加法器电路将移相后的基波和三次谐波相加合成近似方波信号，近似方波信号幅度为5V。
所有误差幅度要求小于等于5%。
关键词：方波发生电路、幅值、有源低通滤波电路、有源带通滤波电路、峰峰值、移相电路、加法器一、设计选题 1. 题目设计：设计制作一个电路，能够产生多个不同频率的正弦信号，并将这些信号再合成为近似方波信号。
系统框图如图1所示。
矩形波发生电路滤波分频移相器加法器正弦波产生实验方波合成实验矩形波测试点基波测试点三次谐波测试点移相后基波测试点合成信号测试点图1 系统框图2. 实验要求：（1）实验1—矩形波发生电路1、矩形波发生电路产生1kHz 的方波（50%占空比），频率误差小于5%，方波波形幅度为5V ，幅度误差小于5%。
2、矩形波发生电路输出阻抗o r =50 Ω。
3、使用示波器测量矩形波的上升时间和下降时间，用数学表达式表达输出的矩形波信号。
（2）实验2—滤波分频电路1、矩形波发生电路产生的信号经两路不同频率有源滤波处理，同时产生频率为1kHz 和3kHz 的正弦波信号。
2、其中基波产生采用低通滤波器，要求-3dB 带宽为1kHz ，带外衰减≥-40dB/十倍频程下降，产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值为12V ，幅度误差小于5%。
3、其中三次谐波产生采用带通滤波器，要求中心频率为3kHz ，-3dB 带宽小于500Hz ，带外衰减≥-40dB/十倍频程下降，产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值为4V ，幅度误差小于5%。
信号波形合成实验电路
摘要:本设计采用TI公司的NE555组成方波振荡电路产生10KHz的方波，将此方波分别经过中心频率分别为10K、30K及50K的有源带通滤波器实现分频与滤波，产生与各中心频率相同的正弦波。
再经过移相电路与加法电路，最终合成近似方波和满足一定相位关系的三角波。
关键字：方波振荡电路，分频与滤波，移相，加法电路，三角波Abstract：This design uses TI Corporation's NE555 composition square-wave oscillating circuit to have the 10KHz square-wave, this square-wave respectively after the center frequency respectively is 10K, 30K and the 50K active bandpass filter realizes the frequency division and the filter, produces with the various center frequency same sine wave. Again after the shift circuit and the adding circuit, synthesizes the approximate square-wave finally and satisfies certain phase relation the triangular wave.Key words：Square-wave oscillator, frequency and filter, phase-shift circuit, addition, triangular wave一、方案设计与原理框图1.方案设计目标1）基本要求由方波振荡器产生频率为10KHz的方波；经分频与滤波，同时产生频率为10KHz和30KHZ的正弦波；经移相相加合成一个近似方波。
信号波形合成实验电路
信号波形合成实验电路信号波形合成实验电路是一种能够生成并合成不同信号波形的电路，它通常由一些基本元件组成，如电阻、电容、电感、二极管、晶体管等。
下面我们将详细介绍一种简单的信号波形合成实验电路。
一、实验电路的设计1.设计目标该实验电路的设计目标是生成并合成两种不同信号波形，即正弦波和方波。
通过对这两种波形的合成，可以观察到不同信号波形之间的叠加效果。
2.电路设计为了实现上述目标，我们需要以下主要元件：信号发生器、比较器、RC 滤波器、示波器和负载。
（1）信号发生器：为了生成正弦波和方波，我们采用两个独立的信号发生器，其中一个用于生成正弦波，另一个用于生成方波。
（2）比较器：比较器的作用是将两个信号波形进行比较，从而产生一个新的波形。
在这里，我们将使用一个运算放大器作为比较器。
（3）RC滤波器：由于我们希望在负载上得到干净的波形，因此需要使用RC滤波器对信号进行滤波处理。
（4）示波器：示波器的作用是显示合成后的波形。
（5）负载：负载的作用是吸收合成的波形并转换为其他形式的能量。
3.电路连接将两个信号发生器输出端分别接入比较器的两个输入端，将比较器的输出端接入RC滤波器的输入端，将RC滤波器的输出端接入示波器的输入端，最后将负载接入示波器的输出端。
二、实验电路的工作原理4.信号发生器信号发生器是一种能够产生不同波形（如正弦波、方波等）的电路。
在这里，我们采用两个独立的信号发生器，一个用于生成正弦波，另一个用于生成方波。
5.比较器比较器的作用是比较两个信号波形，产生一个新的波形。
在这里，我们将使用一个运算放大器作为比较器，将两个信号波形进行比较，从而产生一个新的波形。
6.RC滤波器RC滤波器是一种常见的滤波器，它由电阻和电容组成。
在这里，我们使用RC滤波器对信号进行滤波处理，从而在负载上得到干净的波形。
7.示波器示波器是一种用来显示波形的电子仪器。
在这里，我们将示波器的输入端接入合成后的波形，以便观察和记录合成后的波形。
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信号波形合成实验电路（C 题）
设计任务：设计制作一个电路，能够产生多个不同频率的正弦信号，并将这些信号再合成为近似方波和其他信号。
1．基本要求
（1）方波振荡器的信号经分频与滤波处理，同时产生频率为10kHz 和30kHz
的正弦波信号，这两种信号应具有确定的相位关系（要求2个信号来自同一信号源）；
需要分频，所以振荡器产生150kHz 的信号。
3分频得到50kHz ，5分频得到
30kHz 、15分频得到10kHz 。
（2）产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值分别为6V 和2V ； 方波的展开式：)7sin 7
15sin 513sin 31(sin 4)( ++++=t t t t h t f ωωωωπ 其中h 是方波的幅度（一半高度）h=2.36V ，方波高度4.71V 。
采用RLC 串联谐振电路作为选频电路，对方波进行频谱分解。
其中RLC 分别选：对于10kHz 的基波，1、10mH 、25.36nF 、Q=100；对于30kHz 的3次谐波，1、10mH 、2.8nF 、Q=100。
采用低通开关电容滤波器TLC04，截止频率设为40kHz 需要2MHz 的时钟，20kHz 需要1MHz 的时钟。
需要用运放组成带通滤波器。
（3）制作一个由移相器和加法器构成的信号合成电路，将产生的10kHz 和
30kHz 正弦波信号，作为基波和3次谐波，合成一个近似方波，波形幅度为5V 。
制作一个移相网络，使得两路信号同相，然后叠加即可（运放实现）。
2．发挥部分
（1）再产生50kHz 的正弦信号作为5次谐波，参与信号合成，使合成的波
形更接近于方波；
用运放组成带通滤波器（运放实现）。
（2）根据三角波谐波的组成关系，设计一个新的信号合成电路，将产生的
10kHz 、30kHz 等各个正弦信号，合成一个近似的三角波形； 三角波的展开式)7sin 7
15sin 513sin 31(sin 8)(2222 +-+-=t t t t h t f ωωωωπ， 将上一步中的3种波形按这一系数合成三角波。
（3）设计制作一个能对各个正弦信号的幅度进行测量和数字显示的电路，测
量误差不大于±5％；
采用平均值检波电路检波，然后用AD 采集、显示即可（MCU 实现）。
（4）其他。
可以添加语音功能（ISD1420实现）。