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簡單振蕩器電路所需的波形是如何生成的?

發(fā)布時間:2021-02-07 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】波形生成是模擬電路的重要組成部分,是電路設(shè)計和測試的一部分。本文介紹在電路設(shè)計時使用一些簡單的振蕩器電路生成所需波形的方法。
  
波形生成是模擬電路的重要組成部分,是電路設(shè)計和測試的一部分。本文介紹在電路設(shè)計時使用一些簡單的振蕩器電路生成所需波形的方法。
 
振蕩器電路的基本類型:方波,正弦波和三角波
 
簡單振蕩器電路所需的波形是如何生成的?
 
振蕩器電路產(chǎn)生的基波是方波,正弦波和三角波(以及相關(guān)的鋸齒波)。這些波形可以使用一些簡單的電路相互轉(zhuǎn)換,通常涉及一個或多個運(yùn)算放大器。這通常需要生成一些初始波,并將其饋入轉(zhuǎn)換器電路,然后生成所需波形。
 
另一個選擇是將直流電直接轉(zhuǎn)換為振蕩波形。從直流信號產(chǎn)生方波的經(jīng)典方法是使用不穩(wěn)定的多諧振蕩器。這種類型的振蕩電路非常容易用一些無源元件和兩個晶體管進(jìn)行布局,或者你可以將555定時器連接為不穩(wěn)定的多諧振蕩器。該電路如下圖所示。在該電路中,晶體管充當(dāng)交流開關(guān),由充電/放電電容器觸發(fā)。晶體管Q2的截止時間等于R1C1的時間常數(shù)的69.3%,晶體管Q1的截止時間類似。如果時間常數(shù)相等(C1=C2,R1=R2),則你有一個占空比為50%的方波。然后,你可以使用具有不同值的電容器或電阻器來控制占空比。
 
如果你正在使用時鐘脈沖流(即使用晶體振蕩器的濾波輸出),則可以使用積分器電路將時鐘信號轉(zhuǎn)換為三角波或鋸齒波。同樣,你可以使用微分電路將其轉(zhuǎn)換回時鐘信號。這些電路足夠基本,可以使用電阻器,電容器和運(yùn)算放大器構(gòu)建。你還可以利用比較器中的磁滯來從三角波產(chǎn)生PWM信號,在三角波中,可以通過在某些特定工作點(diǎn)附近改變?nèi)遣ǖ母叨葋砜刂普{(diào)制。
 
用于直接生成或轉(zhuǎn)換的其他類型的振蕩器電路包括Hartley,Armstrong,Clapp,Colpitts和RC振蕩器。這些簡單類型的振蕩器電路包括一個運(yùn)算放大器或一些晶體管,以及一些無源元件,使其易于在電路設(shè)計中實(shí)現(xiàn)。
 
生成更復(fù)雜的波形
 
使用更復(fù)雜的波形(例如任意波形和調(diào)制波)需要使用不同類型的電路。這些波形更適合于不同的應(yīng)用,但是使用COTS組件很容易為這些波形創(chuàng)建所需的電路。
 
FM和AM波形
 
AM波形實(shí)際上等效于高頻載波和具有一定DC偏移的低頻調(diào)制波的乘積。使用模擬加法器電路或某些專用的正弦波發(fā)生器,可以將直流偏移添加到低頻正弦波很簡單。然后可以將其與高頻載波一起饋入模擬乘法器電路,從而產(chǎn)生具有疊加包絡(luò)的高頻載波。FM波形可以使用電壓頻率轉(zhuǎn)換器生成,在其中通過設(shè)置轉(zhuǎn)換器的輸入電壓電平來調(diào)制邊帶。
 
在電信應(yīng)用中使用的大量調(diào)制方案遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了本文的范圍。同時,讓我們看一下任意波形的產(chǎn)生:
 
任意波形
 
精通數(shù)學(xué)的電路設(shè)計人員應(yīng)該知道,通過將無限數(shù)量的具有特定振幅的正弦和余弦波相加,可以生成任意重復(fù)波形。顯然,將多個正弦和余弦饋入無限端口加法器是不可能的。疊加較少數(shù)量的波會在輸出波形中產(chǎn)生一些誤差,因此需要一種更優(yōu)雅的解決方案來生成任意波形。
 
在這里,你可以在簡單的電路中使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和微控制器。微控制器的工作是將任意波形的連續(xù)部分的信號電平編碼為數(shù)字。然后將該數(shù)字編號發(fā)送到DAC,然后將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號電平。為了防止信號電平隨輸出變化而在離散電平之間快速切換,你需要在輸出中添加一些抖動。這將在離散輸出信號電平之間產(chǎn)生更加平滑的過渡。具有快速響應(yīng)時間的AD9708IC或類似DAC非常適合該應(yīng)用。
 
這種方法的缺點(diǎn)是波形的頻率和形狀精度將受微控制器的時鐘頻率限制。微控制器將具有一定的最大頻率,可以通過GPIO或其他接口提供輸出。這將最大信號重復(fù)頻率限制為C/N,其中C是微控制器的時鐘頻率,N是用于編碼信號的離散電平的數(shù)量。如果需要更高的頻率,則需要更快的時鐘。一個小型的以高時鐘速度運(yùn)行的FPGA是一個很好的選擇,因?yàn)樗鼘S糜诋a(chǎn)生特定的波形。
 
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