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简单振荡器电路所需的波形是如何生成的?

2021/2/7 11:24:25
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  【兆亿微波商城】波形生成是模拟电路的重要组成部分,是电路设计和测试的一部分。本文介绍在电路设计时使用一些简单的振荡器电路生成所需波形的方法。


  振荡器电路的基本类型:方波,正弦波和三角波


  简单振荡器电路所需的波形是如何生成的?


  振荡器电路产生的基波是方波,正弦波和三角波(以及相关的锯齿波)。这些波形可以使用一些简单的电路相互转换,通常涉及一个或多个运算放大器。这通常需要生成一些初始波,并将其馈入转换器电路,然后生成所需波形。


  另一个选择是将直流电直接转换为振荡波形。从直流信号产生方波的经典方法是使用不稳定的多谐振荡器。这种类型的振荡电路非常容易用一些无源元件和两个晶体管进行布局,或者你可以将555定时器连接为不稳定的多谐振荡器。该电路如下图所示。在该电路中,晶体管充当交流开关,由充电/放电电容器触发。晶体管Q2的截止时间等于R1C1的时间常数的69.3%,晶体管Q1的截止时间类似。如果时间常数相等(C1=C2,R1=R2),则你有一个占空比为50%的方波。然后,你可以使用具有不同值的电容器或电阻器来控制占空比。


  如果你正在使用时钟脉冲流(即使用晶体振荡器的滤波输出),则可以使用积分器电路将时钟信号转换为三角波或锯齿波。同样,你可以使用微分电路将其转换回时钟信号。这些电路足够基本,可以使用电阻器,电容器和运算放大器构建。你还可以利用比较器中的磁滞来从三角波产生PWM信号,在三角波中,可以通过在某些特定工作点附近改变三角波的高度来控制调制。


  用于直接生成或转换的其他类型的振荡器电路包括Hartley,Armstrong,Clapp,Colpitts和RC振荡器。这些简单类型的振荡器电路包括一个运算放大器或一些晶体管,以及一些无源元件,使其易于在电路设计中实现。


  生成更复杂的波形


  使用更复杂的波形(例如任意波形和调制波)需要使用不同类型的电路。这些波形更适合于不同的应用,但是使用COTS组件很容易为这些波形创建所需的电路。


  FM和AM波形


  AM波形实际上等效于高频载波和具有一定DC偏移的低频调制波的乘积。使用模拟加法器电路或某些专用的正弦波发生器,可以将直流偏移添加到低频正弦波很简单。然后可以将其与高频载波一起馈入模拟乘法器电路,从而产生具有叠加包络的高频载波。FM波形可以使用电压频率转换器生成,在其中通过设置转换器的输入电压电平来调制边带。


  在电信应用中使用的大量调制方案远远超出了本文的范围。同时,让我们看一下任意波形的产生:


  任意波形


  精通数学的电路设计人员应该知道,通过将无限数量的具有特定振幅的正弦和余弦波相加,可以生成任意重复波形。显然,将多个正弦和余弦馈入无限端口加法器是不可能的。叠加较少数量的波会在输出波形中产生一些误差,因此需要一种更优雅的解决方案来生成任意波形。


  在这里,你可以在简单的电路中使用数模转换器(DAC)和微控制器。微控制器的工作是将任意波形的连续部分的信号电平编码为数字。然后将该数字编号发送到DAC,然后将其转换为相应的模拟信号电平。为了防止信号电平随输出变化而在离散电平之间快速切换,你需要在输出中添加一些抖动。这将在离散输出信号电平之间产生更加平滑的过渡。具有快速响应时间的AD9708IC或类似DAC非常适合该应用。


  这种方法的缺点是波形的频率和形状精度将受微控制器的时钟频率限制。微控制器将具有一定的最大频率,可以通过GPIO或其他接口提供输出。这将最大信号重复频率限制为C/N,其中C是微控制器的时钟频率,N是用于编码信号的离散电平的数量。如果需要更高的频率,则需要更快的时钟。一个小型的以高时钟速度运行的FPGA是一个很好的选择,因为它将专用于产生特定的波形。


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