电赛培训

2014年武汉大学珞珈学院电子设计竞赛研讨2014-11-15模电相关一、信号的产生二、信号的滤波三、信号合成一、信号的产生（一）三角波和矩形波（二）正弦波比较器1比较器2-+-+A1A2R1R3R25kΩ5kΩ5kΩRSRst触发器放电管VT输出GND17DS3OUT4RST+Vcc8TH6CVTL25一、信号的产生（一）三角波和矩形波1、RC积分电路+比较器555芯片tttW10uO0VCCuCtW2T23VCC133uOVCC8462751R1R2CC00.01μFuCVCCTHTLDSCVGNDRST555OUTT=tW1+tW2tW1=0.693（R1+R2）CtW2=0.693R2C3uOVCC8462751R1CC0uCVCCTHTLDSCVGNDRST555RWRW1RW2D1D2OUTR2一、信号的产生（一）三角波和矩形波1、RC积分电路+比较器555芯片占空比可调充电放电R13uOVCC8462751CC0VCCTHTLDSCVGNDRST555RW1RW2D1D2OUTR2频率也可调一、信号的产生（一）三角波和矩形波1、RC积分电路+比较器RCucuitiucut0cut0=0.5Tcut0=2T=0.05T0RC2T一、信号的产生（一）三角波和矩形波1、RC积分电路+比较器-+RR2CuouiRCucuiiitt00uRC1tutudioo-+R1uouiR2RFP-+R1R2uiURR3uoDZ-+RR2CuouiuouiUR0UDUZ一、信号的产生（一）三角波和矩形波1、RC积分电路+比较器uoui0UOHUT-UT+UOL滞回比较器uoR1DZ1R2R3RWRf-+-+A1A2Cuo＇R4DZ2R5一、信号的产生（一）三角波和矩形波1、RC积分电路+比较器uo'uo0+UZ-UTUT-UZuo0ut+UZ-UZUZR1R2+UZR1R2-Tuo＇)CR(R4RRWf12Of一、信号的产生（一）三角波和矩形波1、RC积分电路+比较器RF20k-+C0.01μRs22kDW1RWR1'R２'RＷ'10k10kuO2kRＷ''DW2uCAB)Cln(12R1FO122RRfZomUUom12CmURRU2R方波输出幅值UOm由稳压管DZ1和DZ2的稳压值决定，当DZ1=DZ2=DZ时，三角波的输出幅值为R1{R2{此电路三角波线性差=0，=1，为振荡电路一、信号的产生（一）三角波和矩形波1、RC积分电路+比较器2、反馈型多谐振荡器基本放大器A反馈网络FXiX∑XfXo反馈放大器AfFAiX幅度条件：放大倍数=1，相位条件：相位相同注意以上条件可以在多次反馈中满足反馈环节：直接反馈，电容反馈，晶振反馈，选频电路反馈多谐振荡器正弦波振荡一、信号的产生（一）三角波和矩形波（二）正弦波1、正弦信号的产生1、反馈型振荡器2、选频滤波电路+比较器构成环路3、用二极管等对三角波进行非线性变换4、DDS数字信号通过DA转换产生反馈型正弦波振荡器RC反馈网络LC反馈网络文氏电桥振荡器三级RC移相双T型RC网络高频电路文氏电桥振荡器RRCCUOUi11'22'2200)(H31)(超前滞后)/1(3112RCRCjZZUUjHiO2191RCRCjH31RCRCarctgω=1/RC时，文氏桥的相移为0放大倍数为1/3ARRCCC1UO要求主放大器A=3，φ=0文氏电桥振荡器+++++12V____UoRC2C3CE2RE3RE4RB2RB3RE1C1T1T2RC1RB1RfRCRCC2+_CE1RE2-+R1RF+VCC-VCCRCCR文氏电桥振荡器ω=1/RC1、正弦信号的产生1、反馈型振荡器2、选频滤波电路+比较器构成环路反馈型正弦波振荡器RC反馈网络LC反馈网络文氏电桥振荡器三级RC移相双T型RC网络高频电路选频滤波方波-正弦波转换比较器正弦波-方波转换输出方波输出正弦波1、正弦信号的产生1、反馈型振荡器2、选频滤波电路+比较器构成环路3、用二极管等对三角波进行非线性变换4、DDS数字信号通过DA转换产生反馈型正弦波振荡器RC反馈网络LC反馈网络文氏电桥振荡器三级RC移相双T型RC网络高频电路时间t频率f振幅AAABt基波三次谐波五次谐波ttAA七次谐波九次谐波AAtt振幅AtA直流分量模电相关一、信号的产生二、信号的滤波三、信号合成滤波器的分类（按功能）RF（a）带通（b）带阻（c）低通（d）高通AuAupff0f1f2ff0f1f2阻带通带阻带通带阻带通带实际理想实际理想通带阻带理想实际f0f通带阻带理想实际f0fAuAupAuAupAuAup滤波器的分类（按结构）直流~几百兆，电流大直流~几百k，体积小适宜制成集成芯片非电子滤波器电子滤波器模拟滤波器数字滤波器机械滤波器陶瓷滤波器………晶体滤波器{{{无源滤波器有源滤波器开关电容滤波器滤波器、移相器等的基本分析方法：基本元件：常用电阻器：u＝iR；常用电容器：常用电感器：dtduCtiC)(dtdiLtuL)(正弦条件下：u＝iZZ＝R，ui同相Z＝1/（jωC），i超u90°Z＝jωL，u超i90°iOUUjH具体电路在器件模型的基础上加上元件的复阻抗,求得到该电路的幅频和相频特性R(a)电路(b)幅频特性∞－+Δ+R2R1CAufAu21Au0ωoωuouiONURRRU)(211iiPURCjUCjRCjU1111RCjRRUUAUUiOuNP11)1(12为截止角频率为通带放大倍数，RCRRAup1)1(012NPoupujAA1一阶有源低通滤波电路CRjRRUUCjRUCjURURUiOOOOi2122211111为截止角频率为通带放大倍数，CRRRAup20121NoupujAA1一阶有源低通滤波电路212131113111sRCsRCRRsGRCjRCjRRjGFFAu20lgAup(dB)0-20-40f/fc1Q=0.8Q=1.7ui-+R1RF+VCC-VCCRRCCuo-40dB/十倍频带通滤波器将高通和低通分别设计，然后串联而成实际带宽不能做到很窄，可作为宽带带通滤波电路带通滤波器典型带通滤波器-+RRF+VCC-VCCR32RCCuiuoR0-20-401Q=5Q=10f/fcAu20lgAup(dB)231sRCsRCsAsRCsAsGufufRRsAFuf1ufufupA-3AAufA-31QπRC21Of模电相关一、信号的产生二、信号的滤波三、信号合成图1基本电路示意图正弦波发生器uo移相三倍频滤波加法器u1u2u3u4TP1TP2TP3TP4TP5设计制作一个信号波形合成电路，其基本要求的电路如图1所示。基本要求（1）正弦波发生器产生单频正弦信号u1，频率f0为1kHz±0.1kHz，峰峰值不小于3.0V；（2）用三倍频电路对u1进行处理，产生频率为3f0的方波信号u2；（3）用滤波电路处理u2，产生频率为3f0，峰峰值为.0V±0.1V的正弦信号u3；（4）设计制作一个移相器，对信号u1进行移相，移相后，信号u4具有与u3相同的初相位，并且u4的峰峰值为6.0V±0.2V；（5）设计制作一个加法器进行信号合成，将u4和u3分别作为基波和3次谐波进行合成，合成后的波形uo为近似方波，其峰峰值为5.7V±0.4V，形状如图2所示。图2利用基波和3次谐波合成的近似方波t5.7VTu时间t频率f振幅AAABt基波三次谐波五次谐波ttAA七次谐波九次谐波AAtt振幅AtA直流分量1、移相电力移相器电子移相器模拟移相器数字移相器移相变压器………移相电机{{简单元器件移相Z=R+j2πfLRCURUCUIRLURULUIZ=R-j2πfC1φURUCUIφURULUIφUO=URUCUiRCUoUi简单元器件移相RCUoUiφUO=URUCUiUφRUICU实际上：当电容及输入信号频率固定时，容抗XC也是固定的常数。UC:UR=XC:RUC2+XC2=Ui2=常数相位差接近0°时，输出UR很小相位差接近90°时，电阻R的阻值应接近∞一般可选R和XC在同一数量级相位差的变化小于90°R=XC时，相位差为45°看起来R的改变可使相位在0°到90°的范围内移动uoui简单元器件移相为使相位差的改变不影响输出幅度，可用桥式移相器缺点：无公共接地端uiR1ARfRCuoUNUPo111NURRRURRRUfiffiCCUXRXUPiCCfiCfCUXRRXURRUXRRRRRXuO111O当222222121111HCRCRjCRCRCjRRCj12A22C22C22C2UXRRXXR等幅移相器RXXRRXXRXRRXC2C2C1C2C2C12tan02tanuiR1ARfRCuoUNUP等幅移相器RXXRRXXRXRRXC2C2C1C2C2C12tan02tan当R=0时，φ=0当RXC时，φ在0到-π/2之间当R=XC时，φ=-π/2当RXC时，φ在-π/2到–π之间φ=-60°，R=0.577XC，φ=-90°，R=XC，φ=-120°，R=1.732XC，φ=-150°，R=3.732XC可调移相器针对特定的频率，希望输出的相位能够调节。uiRwR3FR31uoIC3CRIC1CRIC2R21u1u2u3在XC=R时，桥式移相器的扩展RwR3FR31uiuoIC3RCRIC1RRCRIC2RR21R22可调移相器00/1/3sssH202/181H200/3/2arctg5,6,10ARC00/1/31sssH202/91H200/31/2arctg10,6,10ARC图1基本电路示意图正弦波发生器uo移相三倍频滤波加法器u1u2u3u4TP1TP2TP3TP4TP52、倍频锁相环倍频16151413121110912345678V+1LGC1NPCLFLFFM/RFIBFGNDTTL0HYSAN0FCtFCtVCO02V+2VCO01NE564模拟锁相环1234567141312111098VEESIGINSIGINQVCOPCINUROQPCNCNCNCNCV+CTRTNE565/LM565锁相环QPQPC1PDINQVCOINHC1(1)C1(2)VSS16151413121110912345678VDDZD1SIGINQPC2R2R1QREMVCOINCD4046锁相环ui(t)f1Yf3鉴相器PD环路滤波器LF压控振荡器VCOud(t)uC(t)uO(t)f2反馈环节三分频器uiYuoPWMVDDC1C1QVCO1667485119VSSINHR1VCOinPDinQP2313SIGin14CPVDDENVSS14161384710156911Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9CR15V+V+CD4046CD4017uifuOnfR1100kC10.1uFR3100kR45kC20.1μF锁相环倍频f3、合成反向求和运算电路多个输入信号均作用于集成运放的反相输入端Ni3i2i1if-+uoui3R3Rfui2R2ui1R1RFiiii321foiiiRuRuRuRu332211N点电流：)(332211RuRuRuRuiiifou+=u