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正弦波合成方波电路随着电子科技的发展，我们身边的电子产品也越来越多，正弦波合成方波电路就是其中一种常见的电路。
这种电路可以将多个正弦波合成为一个方波信号，具有广泛的应用。
下面就让我们来了解一下这种电路的原理和实现方法。
一、原理正弦波合成方波电路的原理是利用正弦波信号的周期性特点，通过对多个正弦波信号的叠加来实现方波信号的生成。
具体来说，通过调节不同频率和幅度的正弦波信号的相位关系，可以将它们的周期叠加在一起，从而形成一个周期与所需的方波信号周期相等的合成波形。
并且，在合成波形中，各个正弦波信号的幅度关系也可以调节来改变方波的占空比，从而实现不同的方波信号输出。
二、实现方法正弦波合成方波电路的实现方法比较多，常用的方法有集成电路、数字信号处理器、直接数字合成等。
其中，最简单的实现方法是集成电路，下面就以集成电路为例，来介绍实现方法。
最常用的正弦波合成方波电路之一是基于555定时器芯片的电路。
该电路是一种非常简单的电路，并且能够通过调节电位器值来产生不同频率的方波。
具体实现原理如下：1、通过1KΩ的电位器，将电源电压转换为0V到2/3 V的变压信号。
2、使555产生的方波的时间常数T配合所需频率（T =1/f）相等。
由于555中产生的方波信号Duty Cycle为50%，因此，我们只需要调节占空比即可控制输出的方波信号占空比。
3、再将所需的方波信号阈值Vth与电位器输出的电压值进行比较，从而输出所需的方波信号。
通过调节电位器的值，即可改变方波波形的频率和占空比，实现不同的方波信号输出。
三、优点和应用1、正弦波合成方波电路能够从多个正弦波信号中合成所需的方波信号，可以满足不同的应用需求。
2、电路结构简单，易于实现，成本较低。
3、方波信号具有更强的穿透力和可控性，很多电子设备中都会用到这种信号。
4、能够应用于许多领域，如声音合成、数字信号处理、通信等领域。
总之，正弦波合成方波电路是一种常用的电路设计，应用广泛。
信号发生器一、实验目的1、掌握集成运算放大器的使用方法，加深对集成运算放大器工作原理的理解。
2、掌握用运算放大器构成波形发生器的设计方法。
3、掌握波形发生器电路调试和制作方法 。
二、设计任务设计并制作一个波形发生电路，可以同时输出正弦、方波、三角波三路波形信号。
三、具体要求〔1〕可以同时输出正弦、方波、三角波三路波形信号，波形人眼观察无失真。
〔2〕利用一个按钮，可以切换输出波形信号。
〔3〕频率为1－2KHz 连续可调，波形幅度不作要求。
〔4〕可以自行设计并采用除集成运放外的其他设计方案〔5〕正弦波发生器要求频率连续可调，方波输出要有限幅环节，积分电路要保证电路不出现积分饱和失真。
四、设计思路根本功能：首先采用RC 桥式正弦波振荡器产生正弦波，然后通过整形电路(比拟器)将正弦波变换成方波，通过幅值控制和功率放大电路后由积分电路将方波变成三角波,最后通过切换开关可以同时输出三种信号。
五、具体电路设计方案Ⅰ、RC 桥式正弦波振荡器图1图2电路的振荡频率为：RCf π210=将电阻12k ，62k 及电容100n ，22n ，4.4n 分别代入得频率调节范围为：24.7Hz~127.6Hz ，116.7Hz~603.2Hz ，583.7Hz~3015Hz 。
因为低档的最高频率高于高档的最低频率，所以符合实验中频率连续可调的要求。
如左图1所示，正弦波振荡器采用RC 桥式振荡器产生频率可调的正弦信号。
J 1a 、J 1b 、J 2a 、J 2b 为频率粗调，通过J 1 J 2 切换三组电容，改变频率倍率。
R P1采用双联线性电位器50k ，便于频率细调，可获得所需要的输出频率。
R P2 采用200k 的电位器，调整R P2可改变电路A f 大小，使得电路满足自激振荡条件，另外也可改变正弦波失真度，同时使正弦波趋于稳定。
下列图2为起振波形。
RP2 R4 R13 组成负反应支路，作为稳幅环节。
R13与D1、D2并联，实现振荡幅度的自动稳定。
波形发生电路实验报告波形发生电路实验报告摘要：本实验旨在研究和分析波形发生电路的工作原理和性能特点。
通过实验测量和观察，我们对波形发生电路的输出波形、频率范围、失真程度等进行了详细的分析和评估。
实验结果表明，波形发生电路在一定条件下能够产生稳定且准确的波形输出，具有广泛的应用前景。
引言：波形发生电路是电子技术领域中常用的一种电路，它能够产生各种不同形状的波形信号，如正弦波、方波、三角波等。
波形发生电路在通信、音频处理、测试测量等领域都有广泛的应用。
本实验旨在通过实际操作和测量，深入了解波形发生电路的工作原理和性能特点。
实验步骤：1. 准备实验所需的电路元件和仪器设备，包括电源、信号发生器、示波器等。
2. 搭建波形发生电路，根据实验要求选择合适的电路拓扑结构和元器件数值。
3. 连接电路并接通电源，调节信号发生器的频率和幅度，观察并记录示波器上的波形输出。
实验结果与分析：通过实验观察和测量，我们得到了不同频率下的波形输出结果。
首先，我们观察到在正弦波发生电路中，输出的波形基本上是一个周期性的正弦曲线。
随着频率的增加，波形的周期变短，频率越高。
接下来，我们研究了方波发生电路。
方波波形具有快速上升和下降的边沿，以及相对较长的高电平和低电平时间。
通过调节电路参数，我们可以改变方波的占空比，即高电平和低电平时间的比例。
除了正弦波和方波，我们还研究了三角波发生电路。
三角波的波形呈线性变化，具有快速上升和下降的边沿。
通过调节电路参数，我们可以改变三角波的上升和下降时间，从而改变波形的斜率。
通过对不同类型波形发生电路的实验观察和测量，我们发现波形发生电路在一定条件下能够产生稳定且准确的波形输出。
然而，在实际应用中，波形发生电路可能会受到电源噪声、元器件非线性等因素的影响，导致输出波形出现失真。
因此，在设计和应用波形发生电路时，需要考虑这些因素并采取相应的措施进行补偿和校正。
结论：本实验通过实际操作和测量，深入研究了波形发生电路的工作原理和性能特点。
摘要：信号波形合成实验电路主要由120KHz的方波发生电路、分频电路、滤波电路、调理电路、加法电路等模块组成。
120KHz的方波信号通过30分频、10分频、6分频产生4KHz、12KHz、20KHz的方波信号。
经滤波电路和调理电路得到正弦波信号，通过加法电路将信号合成近似方波信号。
关键词：信号波形合成；30分频；10分频；6分频一、方案比较与论证（一）、项目总体方案分析（二）1．方波信号产生电路方案一：用555定时器接成的多谐振荡器，能使产生的方波占空比可调，即高电平持续时间与低电平持续时间的比值可调；占空比10％～90％。
产生频率约为1.5KHZ的矩形波，矩形的电压峰峰值为电源电压+5V。
该频率难达到150KHz。
方案二：用TLC083芯片，它是一种迟滞比较器，具有开环特性，压摆率可达到19V/us,带宽10MHz。
通过以上比较分析，我们选用方案二。
2．分频器:方案一：采用可编程逻辑控制器方案二：采用74LS161对120KHZ的方波信号进行分频可得占空比为50%的12K.20KHZ的信号，它的电路构成比较简单，成本较低3．滤波电路方案一：采用RC滤波电路，由于电阻R与频率变化无关，RC低通滤波器在器件选材方面要简单，但不适合大功率输出，仅可作为弱信号处理与微小功率应用。
方案二：采用TLC04芯片，四阶低通滤波器。
TLC04的截止频率的稳定性只与时钟频率稳定性相关，截止频率时钟可调，其时钟一截止频率比为50：1，因而设计截止频率为1/1.69×RF1×CF1×50=251.8Hz，满足了振动时效和振动焊接工艺的要求。
通过以上方案比较，我们选用方案二。
4．调整电路方案一：同相比例运算电路，它是深度电压串联负反馈电路，调节反馈电阻和反相输入电阻比值可调节比例系数，且比例系数大于或等于一方案二：反相比例运算电路，它是深度电压并联负反馈电路，可作为反相放大器，调节反馈电阻和反相输入电阻比值即可调节比例系数，比例系数既可大于一也可小于一，但它不可去处直流分量方案三：在反相比例运算电路的基础上将反相比例运算电路的正向输入端电阻改成可调电阻，并在可调电阻的另两端接上+、-5V 。
毕业设计（论文）方波信号波形合成电路专业年级 2007电子信息工程学号 ********姓名周兴平指导教师张秀平评阅人2011年6月中国常州河海大学本科毕业设计（论文）任务书（理工科类）Ⅰ、毕业设计（论文）题目：方波信号波形合成电路Ⅱ、毕业设计（论文）工作内容（从综合运用知识、研究方案的设计、研究方法和手段的运用、应用文献资料、数据分析处理、图纸质量、技术或观点创新等方面详细说明）：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。
电路示意图如图所示。
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2种信号应具有确定的相位关系；2、产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值分别为6V和2V；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 的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。
4、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；5、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，测量误差不大于正负5%。
6、总结毕业设计内容，撰写毕业设计论文。
Ⅲ、进度安排：第一阶段（10年下13周——15周）：搜集相关资料，复习掌握相关的理论知识。
第二阶段（16周——20周）：方波产生电路设计、调试。
第三阶段（11年上1周——8周）：谐波产生电路设计、调试，方波合成。
第四阶段（9周——13周）：正弦波幅度测量和显示电路设计。
第五阶段（14周——）：撰写毕业设计论文，答辩。
Ⅳ、主要参考资料：[1]、郑君里等《信号与系统》（上）[M].高等教育出版社，2005.[2]、康华光.《电子技术基础》（模拟部分）[M].高等教育出版社,2003.[3]、胡汉才.《单片机原理及系统设计》.清华大学出版社，2002.[4]、.指导教师：张秀平，2010 年11 月28 日学生姓名：周兴平，专业年级：07级电子信息工程系负责人审核意见（从选题是否符合专业培养目标、是否结合科研或工程实际、综合训练程度、内容难度及工作量等方面加以审核）：系负责人签字：，2010 年12 月8 日摘要课题任务是对一个特定频率的方波进行变换产生多个不同频率的弦信号，再将这些正弦信号合成为近似方波。
课程设计报告设计课题：信号波形合成实验专业班级：学生姓名：指导教师：设计时间：目录一、课程设计目的 (1)二、课程设计题目描述和要求 (1)1．基本要求 (1)2．发挥部分 (2)三、系统分析与设计 (2)1、方案设计 (2)方波振荡部分 (2)分频部分 (2)滤波部分 (2)移相、放大部分 (3)波形合成部分 (3)2、硬件实现 (3)方波振荡器 (3)分频器 (4)滤波器 (5)移向、放大器 (5)波形合成器 (6)四、系统调试过程中出现的主要问题 (7)五、系统运行报告与结论 (7)六、总结 (9)七、参考书目 (9)八、附录 (10)信号波形合成实验一、课程设计目的设计制作一个电路，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。
电路示意图如图1所示：图1 电路示意图二、课程设计题目描述和要求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；（2）产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值分别为6V和2V；（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，合成波形的形状如图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；（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；（3）其他。
三、系统分析与设计1、方案设计方波振荡部分方波振荡电路采用555定时器组成多谐振荡器，调节至300kHz 左右方波，由于之后的分频电路具有调节占空比功能，所以方波产生电路暂时不需要调节占空比。
分频部分分频部分实现将产生的方波通过分频产生10kHz 、30kHz 和50kHz 的新的方波。
信号波形合成实验电路小组成员：李于飞、耿红鹏、赵珑摘要：本设计通过产生不同频率和幅值的正弦信号，并将这些信号合成为近似的方波和三角波，构成了信号波形合成实验电路。
本系统主要由8个部分构成：由NE555构成的方波振荡电路；主要由集成计数器74LS90和作为D触发器的CD4013构成的分频电路；使用LM318构成的窄带通滤波电路；由双运放LM318构成的移相电路；加法器合成电路；三角波合成电路；使用AD637构成的真有效值检测电路；MSP430F149单片机控制液晶显示电路。
在本设计中，方波振荡电路可产生300KHZ频率的方波，经过分频电路和隔直电容以后成为双极性方波。
再经过滤波和放大以后得到了所需的各次谐波，其经过移相电路之后初相位相同，即可通过加法器合成为近似的方波和三角波。
各次谐波有效值可检测并由单片机控制对幅度进行显示。
系统工作稳定，基本达到了题目的所有要求。
关键字：方波振荡电路；分频；移相；真有效值；信号合成。
目录一、系统方案………………………………………………………1.1方波发生电路方案………………………………………….……1.2分频电路设计方案………………………………………….......1.3 滤波电路设计方案………………………………………………1.4移相电路设计方案.....................................1.5 信号合成电路设计方案………………………………………....1.6信号检测和显示方案………………………………………二、理论分析与计算………………………………………2.1系统原理框图……………………………………2.2方波信号的合成与分解…………………………………...2.3三角波信号合成………………………………………..2.4反相加法电路.......... .............................................三、总体方案的设计与实现……………………………………….3.1 555振荡电路原理分析与计算...........................................3.2 分频电路...............................................................3.3方波——三角波变换电路............................................3.4三角波——正弦波变换电路........................................3.5移相电路..................................................................3.6比例运算和合成电路......................................................3.7AD转换和液晶显示..............................................四、实验测试及测试结果分析4.1测试仪器.............................4.2整机标准 ...............................4.3合成电路结果..........................4.4测试结果和分析........................五、总结一．系统方案1.1 方波发生电路方案方案一：采用分立元件实现非稳态的多谐振振荡器，然后根据需要加入积分电路等构成正弦、矩形、三角等波形发生器。
这种信号发生器输出频率范围窄，而且电路参数设定较繁琐，相位也不一致，其频率大小的测量往往需要通过硬件电路的切换来实现，操作不方便。
方案二：采用555振荡电路或函数信号发生器ICL8038集成模拟芯片，它是一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。
波形的频率可以通过调节555定时器电路的外接滑动变阻器来进行调节。
该电路具有成本低廉，频率可调，电路灵活方便，结构简单，低功耗，输入阻抗高，上升沿陡等的特点，不用依靠单片机。
根据题意，本系统需要一个300kHz的方波，所以选择方案二，可满足要求。
方案三：由UA741集成运算放大器构成的方波信号发生器具有结构简单,调试方便，但它产生方波信号的可靠性差，易失真，稳定性差。
1.2 分频电路设计方案方案一：利用数字电路设计分频电路。
通过计数器计数来实现，由待分频的时钟边沿触发集成计数器计数，当计数器到规定值时，输出时钟进行翻转，并给计数器一个复位信号，使得下一个时钟从零开始计数。
以此循环下去。
这种方法可以实现任意的整数分频电路，根据题意，选择方案一作为系统的分频方案。
方案二：使用编程方法实现分频电路。
其原理与利用集成计数器相同，实现起来也十分简单，但分频得到的时钟可能会出现毛刺或不稳定的因素，适用于时钟要求不高的基本设计，且对于整数分频可以很容易地用计数器来实现，故不采用此方案。
1.3 滤波电路设计方案由分频电路产生的单极性方波需要经过窄带通滤波电路形成正弦波。
其带通的范围很窄，要与各次谐波的频率接近。
方案一：使用由LC网络组成的无源高阶巴特沃斯滤波器。
其通带内相应最为平坦，衰减特性和相位特性都很好，对器件的要求也不高。
但其在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点。
方案二：采用实时DSP数字滤波技术，数字信号灵活性大，可以在不增加硬件成本的基础上对信号进行有效的滤波，但要进行滤波，需要A/D、D/A既有较高的转换速率，处理器具有较高的运算速度，成本高。
方案三：以集成运放LM318为核心的有源滤波电路，结构简单，所需元件少，成本低，且电路输入阻抗高、输出阻抗低，并有专门的设计软件。
所以根据实际情况，选择方案三作为系统的滤波方案。
用集成运放LM318和RC网络组成的二阶有源滤波电路器的滤波效果更好，幅频相应更接近理想特性，此外，它还具有一定的增益。
故选此方案。
1.4 移相电路设计方案方案一：利用RC移相电路。
RC移相电路主要是由电容的电流超前电压90度这一特性。
RC滞后移相电路是电阻在前面，电容在后面。
输入信号从电阻进入，输出信号是从电容上输出，其与电容并联，电压相等，所以输出电路的电压也滞后电流。
同理，RC超前移相电路是电容器在前面，电阻在后面。
可通过改变RC的值来改变移相的度数，相移在0°—90°之间变化。
使用RC移相电路输出波形受输入波形的影响，移相操作不方便，移相角度随所接负载和时间等因素的影响而产生漂移等。
方案二：使用双运放LM318做移相电路。
此电路主要也运用了电容的电流超前电压90度这一特性。
但其不是单纯的无源电路而是结合了集成运放的有源电路，其体积小、性能稳定，输入阻抗高，输出阻抗低，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。
还兼有放大和缓冲的作用，故选此方案。
方案三：使用数字移相技术实现。
主要分为两类：一类为是运用直接数字式频率合成技术DDS；一类是利用单片机计数延时的方法实现；一类是先将模拟信号或移相角数字化，经移相后再还原成模拟信号。
DDS技术的实现电路较为复杂；以D／A转换方式实现的移相，虽然所用元件少，但输出信号的频率难以细调，特别是移相的最小单位太大，只适合于对频率要求不高，且移相角度固定的场合；以延时输出方波的方式实现的移相，输出信号的频率以参考信号的频率为准，而参考信号的频率则可以精确给定，可用于对频率要求高，且需无级移相的场合，但其硬件电路比较复杂。
1.5 信号合成电路设计方案方波信号经过波形变换和移相后，其输出幅度将有不同程度的衰减，合成前需要将各成分的信号幅度调整到规定比例，才能合成为新的合成信号。
本课题采用反向比利运算电路实现幅度调整，采用反向加法运算实现信号合成。
1.6 信号检测和显示方案信号检测和显示部分采用MSP430单片机，由于信号最高频率50KHz，采用有效值检测芯片AD637配合高频检波二极管和周围阻容元件制作一个平均值检测电路，送单片机的12位AD转换并换算，得到其幅值，送显示器LCD12864控制显示二．理论分析与计算2.1 系统原理框图300KHZ 10KHZ 、30KHZ 、50KHZ方波电路合成 +5V图2-1 系统原理框图 三角波-5V2.2 方波信号的分解与合成周期信号是由一个或几个、乃至无穷多个不同频率的谐波叠加而成的，因此周期信号可以分解成多个乃至无穷多个谐波信号。
方波信号的傅里叶分解函数：() ⎪⎭⎫ ⎝⎛⋯+++=t t t Ud t f ωωωπ11115sin 513sin 31sin 4 (2-1) 在理想情况下，方波的偶次谐波应该无输出信号，始终为零电平，奇次谐波中的一、三、五次谐波的幅度比为1：（1/3）:（1/5）。
信号源输出300KHz 的方波信号经过分频滤波电路后可以得到10KHz 、30KHz 、50KHz 的方波，其计算公式表示如下：()()()()⋯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=t 10502sin 6.0t 10302sin t 10102sin 33331πππt f (2-2) 频率为10KHz 的正弦波信号的峰峰值为6V ；、频率为30KHz 的正弦波信号的峰峰值为2V ；频率为50KHz 的正弦波信号的峰峰值为1.2V 。
图2所示分别为1、3、5次谐波的分解与合成图。
各次谐波合成方波的幅值为5V 。
图2.1—— 1、3、5次谐波的分解与合成信号源 300KHZ 15分频 5分频 3分频 电容隔离 带通滤波，信号放大 同相 加法器2分频 2分频 2分频 单片机显示2.3三角波信号的合成三角波信号的傅里叶变换公式如下：()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋯-+-=t t t Ud t f ωωωπ22222225sin 13sin 1sin 853 (2-2) 将产生的10KHz 、30KHz 、50KHz 的合成方波信号的正弦信号，经过变换和合成得到一个近似的三角波形信号。
采用公式（2-1）变换取1、3、5次谐波分量可以得到近似三角波，即： ()()()()t 10502sin 8.10t 10302sin .50t 10102.5sin 43332⨯⨯+⨯⨯⨯-⨯⨯=πππt f(2-3)经过计算三角波信号的幅度为5V 。
2.3 反相加法电路把3个输入信号（Vi1、Vi2、Vi3）同时加到运放的反相端，其输入输出电压的关系为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯+⨯-=V R V R V R R V 3i 32i 21i 1f o 111 当R1=R2=R3=10K 时，则有()V V V R V 3i 2i 1i f o .10++-=若令Rf=10K,则()V V V V 3i 2i 1i o ++-=若输出端再接一级反相器则可消去负号，使V V V V 3i 2i 1i o ++= (2-4) 三．总体方案的设计与实现3.1 555振荡电路原理分析与计算由555定时器组成的多谐振荡器，多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。
