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用方波构建准正弦波

发布时间:2023-03-16 责任编辑:lina

【导读】没有比 555 定时器等器件的完美方波输出更令人满意的事情了。然而,如果将该输出作为音频信号,那么很快就会发现这种输出听起来是多么的刺耳。简单的解决方案是使用一系列的电容和电阻,将方波转换为正弦波,从而产生听起来自然舒适的音频信号。


简介

没有比 555 定时器等器件的完美方波输出更令人满意的事情了。然而,如果将该输出作为音频信号,那么很快就会发现这种输出听起来是多么的刺耳。简单的解决方案是使用一系列的电容和电阻,将方波转换为正弦波,从而产生听起来自然舒适的音频信号。

示例

最初的 Digi-Keyer 设计用于向业余无线电发射器提供统一的摩尔斯字符和间隔。Digi-Keyer 已有 50 年的历史,一个重建该器件的项目经扩大后包含了音频输出,以便用户聆听正在生成的字符。由于这个日子也是 555 定时器的 50 周年纪念日,所以选择该器件来产生音频音调。555 定时器输出方波。我们将通过 Digilent Analog Discovery II 基于 PC 的多功能工具的范围特性来说明以下转换阶段。

555 定时器的输出

原始输出方波通过电位器调节音高。图 1 是 555 音调发生器的原理图,将其复位引脚连接来自其他 Digi-Keyer 电路的信号时激活。波形样本取自测试点 TP4-TP6。


用方波构建准正弦波
图 1.具有测试点的 555 音调电路。


波形转换

555 器件的输出端有一个 750 Ω 电阻以及 TP4 端的一个 0.22uf 电容,构成了从完美方波到“鲨齿”形波的第一次转换。见(图 2)。在 TP5 端的另一组电阻/电容产生“锯齿”波,然后在 TP6 处产生更加正弦化的波。最后的输出电容使该波形具有了更明确的正弦波形状,并将任何直流信号解耦。增加电阻也将输出衰减到耳机水平,与波形塑形一起创造出令人愉悦的音调。


用方波构建准正弦波
图 2.测试点波形。


总结

使用内置了音量控制功能的耳机对每个测试点进行采样,是体验方波的刺耳程度与准正弦波的平滑程度的极好方法。在此例中,使用简单的无源器件改变方波。在更复杂的电路中,可以使用计数器或通过 Wien 桥配置的运算放大器来构建。

(作者:Don Johanneck)


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