NE555构成多谐振荡器及三角波、正弦波的生成(附工程文件)

NE555构成多谐振荡器及三角波、正弦波的生成

积分产生三角波
低通滤波产生正弦波
二阶带通滤波滤出3次谐波

续上一篇：NE555基本原理及相关公式的推导

NE555通过外接R1、R2、CR1、R2、CR1、R2、C可输出占空比、频率可调的方波，再通过积分电路对NE555输出的方波进行积分来实现三角波的输出，再通过低通滤波器对三角波进行滤波便可得到正弦波。
使用multism生成占空比为50%,频率为1kHZ,低电位为0V0V0V,高电位为5V5V5V多谐振荡发生器。

积分产生三角波

积分电路的公式为：Vout=−1RC∫Vin∗dtV_{out}=-\frac{1}{RC}\int{V_{in}*dt}Vout=−RC1∫Vin∗dt

通过调节RCRCRC的值可以调节三角波的幅值。
对矩形波高电位积分：

VoutH=−11000∗0.0000001∗5∗0.0005=−2.5VV_{out_H}=-\frac{1}{1000*0.0000001}*{5*0.0005}=-2.5VVoutH=−1000∗0.00000011∗5∗0.0005=−2.5V

对矩形波高电位积分：

VoutL=−11000∗0.0000001∗0∗0.0005=0VV_{out_L}=-\frac{1}{1000*0.0000001}*{0*0.0005}=0VVoutL=−1000∗0.00000011∗0∗0.0005=0V

我们会发现对低电位(0V)的积分抵消不了高电位(5V)的积分

会造成我们无法正常输出三角波，所以我们要抬高积分电路的参考电位点(同相端的电位)。
当输入积分电路的矩形波为±5V\pm5V±5V时，参考电位点为0V0V0V时，便可通过积分得到三角波，因为
对矩形波高电位积分：

VoutH=−11000∗0.0000001∗5∗0.0005=−2.5VV_{out_H}=-\frac{1}{1000*0.0000001}*{5*0.0005}=-2.5VVoutH=−1000∗0.00000011∗5∗0.0005=−2.5V

对矩形波高电位积分：

VoutL=−11000∗0.0000001∗−5∗0.0005=2.5VV_{out_L}=-\frac{1}{1000*0.0000001}*{-5*0.0005}=2.5VVoutL=−1000∗0.00000011∗−5∗0.0005=2.5V

可以相互抵消，使其在一个周期后内起点为0电位点，终点也为0电位点。

所以我们对同相端的电位进行调整，使其满足

VoutH+VoutL=0V_{out_H}+V_{out_L}=0VoutH+VoutL=0

−11000∗0.0000001∗(5−V+)∗0.0005=11000∗0.0000001∗(V+−0)∗0.0005-\frac{1}{1000*0.0000001}*{(5-V_{+})*0.0005}=\frac{1}{1000*0.0000001}*{(V_{+}-0)*0.0005}−1000∗0.00000011∗(5−V+)∗0.0005=1000∗0.00000011∗(V+−0)∗0.0005

V+V_+V+为同相端电位

这里我们通过可变电阻调节V+V_+V+，通过调节V+V_+V+直到满足上述条件时，便可输出三角波。

低通滤波产生正弦波

一阶无源低通滤波参考：限幅与滞后滤波算法

积分输出的三角波频率为1khz,对其做傅里叶分解，

发现其基波为1khz的正弦波，通过低通滤波器来滤除(抑制)大于1khz的谐波信号，便可以得到正弦波。

低通滤波的截止频率为：12πRC\frac{1}{2πRC}2πRC1

通过波特测试仪可以看出低通滤波的频率响应，截止频率大概在1khz左右。

波形输出正常。

二阶带通滤波滤出3次谐波

简单二阶带通滤波器电路如图所示，其中R1、C1 构成了低通滤波器，C2、R3 构成了高通滤波器。

(1) 传递函数

(2) 频率特性

我们只需要给出Aup、B(带宽)、f0(中心频率)A_{up}、B(带宽)、f_0(中心频率)Aup、B(带宽)、f0(中心频率)，就可以计算出电路中R1、R2、R3R_1、R_2、R_3R1、R2、R3的值。

中心频率为3khz左右。

可以滤出三次谐波，滤出频率为3khz左右。
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