这次方波-正弦波转换器从原理上来讲不难,器主要由555方波发生,低通滤波器,带通滤波器和运放放大构成。虽然原理简单,但是在实际制作过程中遇到了很多问题,在解决了这些问题后,势如破竹,完成了此次电路设计与制作工作。 在这次实际设计与制作过程中,我们遇到了以下问题。 (1) 器件的选择,由于本次实验相较于之前遇到的滤波实验来说,频率相对较高(20k和60k),这样的话,如果使用低阶数的滤波器来进行滤波的话,对运放的增益带宽积要求较大。最初我们选用LM324这款运用广泛,性能极差的运放,结果出现了失真。后来我们又从淘宝上购买了增益带宽积为300MHz的AD8055,结果买到了假货,在接通电源后,直接内部短路烧毁。最后买到了真运放LM4562,其增益带宽积为55MHz,满足设计要求。 (2) Multisim仿真问题。在仿真滤波器时,使用LM324也能完成20KHz滤波,但是在实际焊接测试后,我们发现出现了失真,后来查看spice模型,我们发现multisim的spice模型中没有增益带宽积的约束,导致仿真与实际结果截然相反。而且在方波发生器与60khz级联后,仿真中的方波也出现了大幅度失真,而经过实际测量,方波并不会发生失真。所以我们要慎重使用multisim。 (3) “隔夜板”的问题。我们在晚上焊接完电路后,测出来波形,但是第二天却没有测量出来,我们以为是运放烧毁了,但是两块板子都出现了一样的问题。后来我们仔细查看数字示波器的波形,发现都是MHz级别的噪声,我觉得这可能是电源纹波。但是即使有电源纹波,20K和60K的正弦波也应该是有的,于是我们手动调节示波器的时间刻度旋钮,终于发现了隐藏在高频纹波中的20K和60KHz正弦波,这样问题就解决了。一方面,我们明白了,这不是“隔夜板“”,而是直流电源的高频纹波把我们所需要的波形淹没了,由于我们一般习惯于使用数字示波器的AUTO功能,而不是手动调节,所以带宽300MHz的示波器往往更愿意展示高频分量,而将低频波淹没。这是我们对数字示波器特性不够了解造成的。另一方面,在设计电路时,一定要仔细参照参考设计文档,关注电源纹波对精密电路的影响。在电源输入端加入0.1uF独石电容和10uF的电解电容可以有效的滤除直流电源中的高频分量,这是一个我们应该注意的常识。在这样设计后,我们得到了非常令人满意的结果,滤除的波纯净而完美。 (4) 自激问题。在设计60KHz滤波器时,我们发现即使不输入方波,也会出现一个频率为54KHz,峰峰值接近8V的很完美的正弦波,考虑到20KHz,占空比为50%的方波并没有54KHz的分量,所以我们认为是自激了。分析自激的原因,我们通过查看滤波器的幅频曲线,我发现在60KHz时,滤波器有增益,并且滤波器结构中有正反馈,所以可能导致自激。随后我们通过将电路中的固定电阻换成滑动变阻器,通过微调阻值,消除了自激,而且能够适当调整增益。 通过本次实验,我们明白了实践是检验真理的唯一标准。只通过仿真是无法得到正确结果的,仿真结果仅供参考。我们还是要实际的焊接电路,进行测量来得到正确的结果。还有就是要扎实基本功,学会正确使用仪器,这样会极大的提高效率。
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