用方波构建准正弦波

作者：Don Johanneck

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。

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。

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。