为使用的单电源,偏置电阻10K?影响了原本与地直接只有10K?的R3的阻值,串上了偏置电阻。根据二阶压控电压源电路的放大倍数公式Av?1?R4进行电阻的调整。R3取R3?100K?得到的满足条件的峰峰值为1V的一次正弦波。上面的波形是从锯齿波发生电路输出的锯齿波,下面的是经过低通滤波器之后产生的一次正弦波波形,两个波形的峰峰值单位都是5V/Div,可知波形在8KHz~10KHz的仿真结果都满足实验要求。该部分的仿真设计就完成了。
图13 最终的8KHz一次正弦波仿真波形
图14 最终的9KHz一次正弦波仿真波形
图14 最终的10KHz一次正弦波仿真波形
(4)三次正弦波发生电路
三次正弦波的电路的设计思路是通过一个通带为24KHz~30KHz的带通滤波器。设计该滤波器是采用的无限增益多路反馈(MFB)电路。该电路的电路图如下所示。
图15 无限增益多路反馈电路原理图
该电路有以下公式方便参数选择
2w0?R1?R2R1R2R3C2Q?w0f或0(BW??w0时) BWBWRAv??32R1为了使通带更加平坦,应该尽量使Q值大,查二阶无限增益多路反馈带通滤波器设计用表
表2 无限增益多路反馈电路参数选择表
归一化电路元件值?K?? Q
参数选择如下:
Av?8 电路元件 R1R2R3增益 1 2 4 6 8 10 Q?10R1?1.989K? R2?83?R3?31.831K?
仿真的电路图如下图所示:
5 7.9580.16215.9153.9790.16615.9151.9890.17315.9151.3260.18115.9150.9950.18915.9150.7960.19915.91510 R1R2R3 15.9150.08031.831 7.9580.08031.831 3.0790.08131.831 2.6350.08231.831 1.9890.08331.831 1.5920.08431.831
图16 无限增益多路反馈电路(带通滤波器)
对电路进行波形仿真时发现,当接入一个波形发生器进行测试的时候,输出的
波形不会随着输入信号的频率变化而变化,始终为17KHz左右,于是想到没有接输入信号,直接查看输入端和输出端的波形,结果如下:
图17 无限增益多路反馈电路的自激振荡仿真波形
仿真的波形图中上面的波形是A端,即输入端的波形,下面的波形是输出端的波形,两个探针A/B分别放在输入和输出端。这里没有输入的信号,输出却稳定在将近18KHz,可知电路产生了自激震荡。
对电路进行改进,重新选取参数
Q?5Av?10R1?0.796K?R2?200?R3?16K?C?R1?R28?103?200?2R1R2R3w08?103?200?16?103?2??27?103
??2?3.6nF对电路的波形进行仿真,发现峰峰值比较小,与实验要求差距较大,由
2w0?R3R1?R2,可知,缩小R1的值会使放大倍数Av增大,而且,A??vR1R2R3C22R1对通带的中心频率w0影响也较小。电容值取实验室有的电容C?3.3nF。改进后的电路图如下所示
图18 改进后的无限增益多路反馈电路
对电路进行仿真,查看仿真出的波形结果如下图,由波形可以知道该电路产生的三次正弦波的频率是满足实验要求的,但是峰峰值没有达到要求的9V。两个波形的峰峰值单位分别是1V/Div和5V/Div
图19
24KHz三次正弦波仿真波形
图20
27KHz三次正弦波仿真波形
图21
30KHz三次正弦波仿真波形
三、系统测试结果与分析 1.系统测试结果
9KHz、10KHz的波形: 脉冲波波形如下所示,分别是8KHz、
图22
8KHz脉冲波波形
图23
9KHz脉冲波波形
图24
10KHz脉冲波波形
9KHz、10KHz的波形: 锯齿波的波形如下:分别是8KHz、