代码收藏家 方波滤波技巧及合成方法
方波的产生，1，3，5…次滤波，以及波形的合成
一.设计要求
设计并制作一个电路系统，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信号，系统功能框图如图 1 所示。
波形合成系统参数要求
- 整形电路：方波峰峰值（Vpp）5V；
- 滤波模块输出谐波，谐波发生模块分别产生 1kHZ（一次谐波）峰峰值可调，3kHZ（三次谐波）峰峰值可调，5KHZ（五次谐波）峰峰值可调，信号稳定无明显失真，峰峰值误差 10%；
- 信号调理模块：制作移相器及放大器对谐波信号进行调理；
- 谐波合成模块：制作加法器电路，将一次谐波，三次谐波，五次谐波、七次谐波（给定），经过调幅调相合成为类方波。
- 显示模块：此项实现不计入积分模块，为选做。不限制单片机使用，可酌情发挥。
- 系统测试提供双电源。
二.电路模块设计
1.方波产生电路
由NE555定时器构成的方波发生电路，电阻R1，R2，R3,电容C1，C2决定着方波的频率和占空比，一般来说，我们常常使R1=R2，C1=C2，以下公式均在R1=R2，C1=C2的条件下成立。
充电时间T2公式如下
放电时间T1公式如下
产生的方波频率公式如下
可见我们只需要改变滑动变阻器R3的阻值就可以调整产生的方波频率，由于当R1=R2，C1=C2,即T1=T2，所以产生的方波的占空比为50%。如果读者需要改变方波占空比，则只需要改变电阻R2，R1的阻值即可。由于NE555的本质上是两个比较器，所以产生的波形的幅值为电源电压5V。
2.滤波电路
（1）一次谐波
一次谐波可以采用低通滤波的方法，将频率较低的一次谐波保留下来，将频率高的3，5…次谐波滤除
通过模拟滤波器向导，搭建了如图所示的五阶低通滤波器，最后一个运放构成了一个电压跟随器，确保后级电路不会对滤波电路产生影响，以下的滤波电路均是如此。
（2）三次谐波
三次谐波可以采用带通滤波的方法，由于方波频率为1k，由此设置中心频率为3K左右，通频带在4K左右，保证3K的波可以保留，将其余频率的波滤除。
（3）五次谐波
三次谐波可以采用带通滤波的方法，由于方波频率为1k，由此设置中心频率为5K左右，通频带在4K左右，保证5K的波可以保留，将其余频率的波滤除。
3.移相电路
由于滤波电路中的电容特性，滤出来的奇次谐波相位有一定的变化，所以我们不能够直接将这些波相加，需要先将它们的相位进行一定的调整再进行相加，那么就要用到以下的移相电路。
此电路具有相位前移功能，移相角度为0-180°，通过调整电位器的阻值大小进行连续的相位移动。
4.增益可调电路
由于奇次谐波的幅值也有一定的关系，一次谐波幅值为4Vpp/Π，三次谐波幅值为4Vpp/3Π，五次谐波幅值为4Vpp/5Π，n次谐波幅值为4*Vpp/nΠ。
此电路由两个反相比例放大器构成的一个同相增益可调的比例放大器，通过调节电位器的阻值，改变正弦波的幅值，让其满足理论幅值。
5.加法器电路
经过前面的电路调整，已经将波形调整到了合适的状态，最后只需要同过加法器电路，将1，3，5，7次谐波相加便可以得到一个类方波信号。
作者：从你的身旁路过
