NE555通過外接\(R1、R2、C\)可輸出占空比、頻率可調的方波,再通過積分電路對NE555輸出的方波進行積分來實現三角波的輸出,再通過低通濾波器對三角波進行濾波便可得到正弦波。
使用multism生成占空比為50%,頻率為1kHZ,低電位為\(0V\),高電位為\(5V\)多諧振盪發生器。

積分產生三角波

積分電路的 公式為:\(V_{out}=-\frac{1}{RC}\int{V_{in}*dt}\)
通過調節\(RC\)的值可以調節三角波的幅值。
對矩形波高電位積分:
\(V_{out_H}=-\frac{1}{1000*0.0000001}*{5*0.0005}=-2.5V\)
對矩形波高電位積分:
\(V_{out_L}=-\frac{1}{1000*0.0000001}*{0*0.0005}=0V\)
我們會發現對低電位(0V)的積分抵消不了高電位(5V)的積分

會造成我們無法正常輸出三角波,所以我們要抬高積分電路的參考電位點(同相端的電位)。
當輸入積分電路的矩形波為\(\pm5V\)時,參考電位點為\(0V\)時,便可通過積分得到三角波,因為
對矩形波高電位積分:
\(V_{out_H}=-\frac{1}{1000*0.0000001}*{5*0.0005}=-2.5V\)
對矩形波高電位積分:
\(V_{out_L}=-\frac{1}{1000*0.0000001}*{-5*0.0005}=2.5V\)
可以相互抵消,使其在一個周期后內起點為0電位點,終點也為0電位點。

所以我們對同相端的電位進行調整,使其滿足
\(V_{out_H}+V_{out_L}=0\)
\(-\frac{1}{1000*0.0000001}*{(5-V_{+})*0.0005}=\frac{1}{1000*0.0000001}*{(V_{+}-0)*0.0005}\)
\(V_+\)為同相端電位

這里我們通過可變電阻調節\(V_+\),通過調節\(V_+\)直到滿足上述條件時,便可輸出三角波。

低通濾波產生正弦波
一階無源低通濾波參考:限幅與滯后濾波算法
積分輸出的三角波頻率為1khz,對其做傅里葉分解,

發現其基波為1khz的正弦波,通過低通濾波器來濾除(抑制)大於1khz的諧波信號,便可以得到正弦波。
低通濾波的截止頻率為:\(\frac{1}{2πRC}\)

通過波特測試儀可以看出低通濾波的頻率響應,截止頻率大概在1khz左右。


波形輸出正常。
二階帶通濾波濾出3次諧波
簡單二階帶通濾波器電路如圖所示,其中R1、C1 構成了低通濾波器,C2、R3 構成了高 通濾波器。

(1) 傳遞函數

(2) 頻率特性


我們只需要給出\(A_{up}、B(帶寬)、f_0(中心頻率)\),就可以計算出電路中\(R_1、R_2、R_3\)的值。


中心頻率為3khz左右。


可以濾出三次諧波,濾出頻率為3khz左右。
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