信号产生与变换电路的设计
脉冲信号的产生及波形变换
一、 由门电路构成的多谐振荡器 二、由555定时器构成的多谐振荡器 三、 多谐振荡器的应用
3
第7章 脉冲信号的产生及波形变换
一、 由门电路构成的多谐振荡器
能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。
1、RC环形多谐振荡器
G1 ui1 &
G2 ui2 & uo2
R
C
G3 ui3 & RS
uo (ui1)
动翻转的工作过程
0 ui2
t1 t2 t3
t
(uo1)
G1
G2
ui1 & ui2 & uo2
G3 ui3 &
0 uo uo2
t
R
RS
0
t
ui3
C (a) 电路图
UT
t
0
(b) 波形图
在t2时刻，uo2变为低电平，电容C开始通过电阻R放电。随着放 电的进行，ui3逐渐下降。在t3时刻，ui3下降到UT，使uo（ui1）又 由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又 开始重复前面的过程。
24
第7章 脉冲信号的产V生DD及波形变换
ui
ui
号
发
生
器
FF1 Q1 FF2
Q2 FF14 Q14 FF15 Q15 分
C1
C1
C1
C1
频
电
f0
f1
f2
f14
f
路
32768Hz 16384Hz 8192Hz 2Hz
1Hz 17
第7章 脉冲信号的产生及波形变换
模拟声响电路
VCC
R1
84
7
实验一数字基带信号的产生及波形变换实验
实验一数字基带信号的产生及波形变换实验一、实验目的（1）了解多种时钟信号的产生方法；（2）了解帧同步信号的产生过程；（3）了解几种常见的数字基带信号；（4）掌握AMI码的编码规则。
二、实验原理通信的根本任务是远距离传递消息，因而如何准确地传输数字信息是数字通信的一个重要组成部分。
在数字传输系统中，其传输对象通常是二元数字信息，它可能来自计算机、电传打字机或其它数字设备的各种数字代码，也可能来自数字电话终端的脉冲编码信号。
对基带传输系统的要求就是选择一组有限的离散波形来表示数字信息。
其中未调制的电脉冲信号所占据的频带通常从直流和低频开始，因而称为数字基带信号。
数字基带信号实际上是消息代码的电波形，不同形式的数字基带信号具有不同的频谱结构。
在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传送，但必须合理地设计数字基带信号以使数字信息变换为适合于给定信道传输特性的频谱结构。
通常把数字信息的电脉冲表示过程称为码型变换，在有线信道中传输的数字基带信号又称为线路传输码型。
对于数字基带信号的码型选择通常考虑的原则是：（1）对于传输频带低端受限的信道，其线路传输码型的频谱中应不含直流分量；（2）码型变换过程应对任何信源具有透明性，即与信源的统计特性无关；（3）便于从基带信号中提取位定时信息；（4）便于实时监测传输系统信号传输质量，即应能检测出基带信号码流中错误的信号状态；（5）对于某些基带传输码型，信道中传输的单个误码会扰乱一段译码过程，从而导致译码信息中出现多个错误，这种现象称为误码扩散。
希望这种情况越少越好；（6）当采用分组形式的传递码型时，在接收端不但要从基带信号中提取位定时信息，而且要恢复出分组同步信息，以便将接收到的信号正确地划分成固定长度的码组；（7）尽量减少基带信号频谱中的高频分量；（8）编译码设备应尽量简单。
数字基带信号在通信系统中占有比较重要的位置，本实验是整个通信实验系统的数字发送端，其原理框图如图 1-1 所示。
脉冲信号的产生与转换
数字电子技术基础第一节预备知识RC电路在脉冲+V +充电放电+V DD+V充电+V第二节单稳态触发器（1）电路有一个稳态和一个暂稳态。
（2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。
（3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。
暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。
112. 加负触发脉冲电路翻转为暂稳态 当t =t 1时，u I 产生负跳变，使u 01由低电平跳变为高电平， 由于电容两端电压u C 不能突变，因而使u R 产生同样的正跳变，G 2的输出u 02从高电平变为低电平，这是一个强列正反馈过程： 1 0 ► 0 ► 1 正反馈过程： u I ↓→u 01↑→u R ↑→u 02↓ ┗ ━ ━ ━ ━┛ 结果使得电路迅速进入G1门关闭、G2门打开的暂稳状态。
暂稳状态3. 电路自动返回稳态 电路在暂稳态期间，u 01为高电平，经R 到地不断对电容充电，使u C 按指数规律上升，u R 按指数规律下降，当u R 下降到G 2门的阈值电压时，电路将产生下列的正反馈过程： 1 1 ► 0正反馈过程：C 充电→u C ↑→u R ↓→u 02↑→u 01↓ ┗━━━━━┛ 结果使得电路自动返回到G 1打开、G 2关闭的稳态。
暂稳态的持续时间，即输出脉冲宽度t w 与充电时间常数RC 的大小有关，RC 越大，t W 越宽。
脉冲宽度：t W ≈0.7RC1 1t re =(3～5)RC fmax =1/（t w+t re）三、单稳态触发器的应用单稳态触发器在数字电路中一般用于整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）、定时（产生一定宽度的矩形波）、以及延时（把输入信号延迟一定时间后输出）等。
数字电子技术基础习题第三节多谐振荡器1. 第一暂稳态及其自动翻转的过程 假定在接通电源的瞬间，电路最初处于G 1关闭、G 2打开状态（设这时为电路的第一暂稳态），即u 01=1，u 02=0。
脉冲波形产生与变换电路(课件)
2
矩形脉冲波形的主要参数
图6.1.2 矩形脉冲波形的主要特征参数
3
主要参数
六个特征参数定义： ①脉冲周期 T：周期性脉冲序列中，两个相邻脉冲 出现的时间间隔。 ②脉冲幅值Um ：脉冲信号的最大变化幅值。 ③占空比D ：脉冲信号的正脉冲宽度与脉冲周期的 比值，即 D＝tW / T 。 ④脉冲宽度 tW ：从脉冲波形上升沿的 0.5Um 到下降 沿的 0.5Um所需的时间。 ⑤上升时间tr：脉冲波形由0.1Um上升到0.9Um所 需的时间。 ⑥下降时间tf：脉冲波形由0.9Um下降到0.1Um所需 的时间。
4
6.2 单稳态触发器
特点： ①有一个稳态和一个暂稳态 ②在外界触发信号作用下，能从稳态→暂稳态 ，维持一段时间后自动返回稳态 ③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数 单稳态触发器的暂稳态通常都由RC电路的充放电 过程来维持。按电路中决定暂态时间的电路连接形式 不同，单稳态触发器可分为积分型和微分型两种，如 图6.2.1、6.2.5所示。
41
随着充电过程的进行，电容电压逐渐升高， 因此uI也逐渐增大。一旦uI 达到非门G1的阈值 电压UTH，多谐振荡器必将发生如下正反馈过 程：
这一正反馈过程促使G1瞬间导通、G2瞬间截止，可
得uO1 =UOL， uO =UOH。该状态被定义为第二暂稳
态。
42
②第二暂稳态自动翻转至第一暂稳态
当多谐振荡器进入第二暂稳态的瞬间，电路输
其中，74121的电路符号如图。
14
图6.2.10 集成单稳态触发器的两种工作波形
15
图6.2.12 集成单稳态触发器74121 的外部元件连接方法 （a）使用外接电阻Rext 且采用下降沿触发 （b）使用内部电 阻Rint 且采用上升沿触发
设计题目：如何实现正弦波、方波与三角波信号之间的变换
内蒙古工业大学信息工程学院课程学习报告设计题目：如何实现正弦波、方波与三角波信号之间的变换课程名称：模拟电子技术班级：通信10-1 班姓名：学号：成绩：指导教师：设计题目：如何实现正弦波、方波与三角波信号之间的变换一、课题设计任务与要求1、输出电压：0-1V之间2、频率范围：20Hz-20kHz之间3、信号频率：1KHz的正弦波、2KHz的方波和三角波任务如下：1KHz的正弦波2KHz2KHz的方波2KHz二、总体电路设方案(1)函数信号发生器设计思路①产生正弦波可以通过RC文氏电桥正弦波振荡电路，通过控制RC的值达到选频即控制频率大小的目的。
②产生的方波经RC积分电路后输出，得到三角波，为调节幅值，则用电压跟随器隔离三角波输出端，再用电位器接在运放输出端调节电压输出幅值。
③要先产生方波，就必须先用电压比较器和稳压管组成方波产生电路，为调节幅值，则用专用的电压跟随器隔离方波产生端，再用电位器接在运放输出端调节电压输出幅值。
(2)函数信号发生器原理函数信号发生器是一种用来产生特定需要波形信号的装置，比较常见的有方波、三角波、正弦波和锯齿波发生器。
本实验用来产生正弦波--方波--三角波信号。
正弦波发生器：采用RC桥式振荡电路实现输出为正弦波。
②正弦波转换成方波发生器:采用电压比较器与稳压管相结合，实现输出为方波。
③方波转三角波发生电路：将RC积分电路与运放结合，实现方波转三角波。
（图一）正弦波发生电路图（图二）正弦波转换成方波发生电路图（图三）方波转换成三角波发生电路图错误!未指定书签。
三、电路设计与原理说明1、正弦波发生电路的工作原理正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，我们一般在放大电路中引入正反馈，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。
正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。
其中：接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有稳幅特性。
第3章信号产生与变换电路的分析与制作4
下午3时25分
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
21学时
方法3：教师评价 注意听取老师的评价也是检验学习效果的一个很好方法。 老师对学生的评价是多方面，主要有如下几方面： （1）课堂讲课与提问。 （2）作业的布置与批改。 （3）电路制作与报告。 （4）单元测试与评价。 这里再次提醒，今后工作中对每个人的表达能力、写作 能力、归纳评价能力与动手操作能力相比同样重要。所以在 学习中需要加强这方面的训练和培养。
O
–UZ UREF
特点：
1) 工作在非线性区 2) 不存在虚短 (除了uI = UREF 时) 3) 存在虚断
下午3时25分
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
21学时
六、非正弦波振荡电路 1. 产生方波振荡的基本原理
当施密特触发器输出高(低)电平时，电容 C 的充电方向不同， 每当 uC 超过上(下)门限电压时，施密特触发器的输出电平 就发生跳变，使电容改变充电方向，于是形成 uO 周而复始 的高、低电平跳变，即方波振荡。
RE
1 f0 2 LC
RB1
RB2
CE
+VCC
电感三点式
CB RB2 RE
V
C1 CE
L1
L2
C
下午3时25分
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
21学时
f0
1 2 LC 1 2 ( L1 L2 2 M )C
+VCC
V
电容三点式
RB1 CB RB2
f0
1 2 LC
下午3时25分
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
21学时
下午3时25分
有源隔离型4-20mA信号变换电路
有源隔离型4-20mA信号变换电路的设计1、设计基本要求：1、电源供电24Vdc，输入电流4-20ma，输出电流4-20ma。
2、输出电流4-20ma带负载能力达到300欧姆。
3、电源供电24Vdc，输入电流4-20ma，输出电流4-20ma三者相互隔离。
4、输出电流跟踪输入电流变化，跟踪精度达到1%。
2、发挥部分：直接以PT100的电阻输入替代输入电流4-20ma电流，实现隔离型热电阻变送器功能。
即100欧电阻输入，输出4毫安，138.5欧姆电阻输入，输出20毫安。
具体电路请记笔记。
可参考：/more.asp?name=xinjihua&id=37300的相关资料提高题1：无源二线制隔离型4-20mA信号变换电路的设计1、无源供电，输入电流4-20ma负载能力达到500欧姆。
2、输入电流4-20ma，输出电流4-20ma。
3、输出电流4-20ma负载能力达到200欧姆。
4、输入电流4-20ma既作为信号传递，又作为设备供电电源。
5、输入电流4-20ma，输出电流4-20ma二者相互隔离。
下面是对“2009年全国大学生电子设计竞赛题目分析”请您参考。
这是北京理工大学一个电子竞赛组委会专家分析的情况，现跟您分享一下，如果需要什么资料可及时联系王浩。
首先，09年题目应该与往年差异不大。
无非是仪器类、电源类、放大器类、控制类等几大块。
所以现在老师用以前的训练模式给学生打基础应该没什么问题。
但有一下几点要注意：1、因为推荐全国都有笔试考核，笔试多数以电子基础、模电知识为主，所以09年全国题目应该会继续在模电题目上下功夫，而数字电路，因为现在出题难度、芯片功能等原因，可能会不再考。
2、频谱仪、信号发生器、相位仪等相关题目都基本出过，所以如果仪器类继续出题目的话，可能还是在原先的基础上加强功能或者增加难度，但是这类型题目出的次数都比较多，不怀疑换类型的可能。
仪器方面也要根据实验常用的仪器来判断哪些仪器在往年还没有涉及，而有可能当做新的方向来考核的,比如失真度仪什么的。
6章信号产生与变换电路
1 f0 2 LC
振荡频率仅取决于电感L和电容C，与C1、C2和管子的极 间电容关系很小，因此振荡频率的稳定度较高，其频率稳定 度的值可小于0.01％。再高的稳定度 时，要用晶体振荡器。
6.1.4 石英晶体正弦波振荡电路
1．石英晶体的基本知识
（1）压电特性
在石英晶片两极加一电场，晶片会产生机械变形。相 反，若在晶片上施加机械压力，则在晶片相应的方向上会 产生一定的电扬，这种现象称为压电效应。一般情况下， 晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅都非常小，只有在 外加某一特定频率交变电压时，振幅才明显加大，这种现 象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。上述 特定频率称为晶体的固有频率或谐振频率。
三角波振荡电路 锯齿波振荡电路
6.1 正弦波振荡电路
在科学研究、工业生产、医学、通讯、测量、自 控和广播技术等领域里，常常需要某一频率的正弦波 作为信号源。例如，在实验室，人们常用正弦波作为 信号源，测量放大器的放大倍数，观察波形的失真情 况。在工业生产中， ，应用高频正弦信号可以进行感 应加热，利用超声波可以探测金属内的缺陷；在医疗 仪器中，利用超声波可以检测人体内器官的病变。在 通讯和广播中更离不开正弦波。可见，正弦波应用非 常广泛，只是应用场合不同，对正弦波的频率、功率 等的要求不同而已。 正弦波振荡电路又叫正弦波产生电路。
为了减少管子的极间电容对振荡频率的影响，可在电感 L支路中串接电容C，使谐振频率主要由L和C决定，而Cl和 C2只起分压作用。
电容三点式改进电路
+VCC Rb1 Cb C1 Rb2 Ce uf Re C2 L
Rc
1 f0 2 LC
1 1 1 1 1 C C C1 C2 C
1．石英晶体的基本知识 （2）等效电路
方波信号转正弦波信号的电路设计
方波信号转正弦波信号的电路设计摘要：提出一种将单片机产生的方波信号转换成正弦波信号的方法。
对产生的方波信号先采用电路积分，再通过低通滤波的方法可实现需要的正弦波信号，其中信号的频率、幅度等参数由软件调节。
相关的试验结果证实该设计与理论比较相符。
该设计产生的信号频率较低，在某些实际的电路调试中可以作为信号发生器使用，也可以作为某些探头的信号激励源。
关键词：单片机；方波信号；正弦波；信号源在很多实际的电路应用中，正弦波信号并不能直接由单片机产生，因此常常需要将单片机输出的方波信号转换成正弦波信号，比如在石油行业的生产测井仪器中，有时为了作为激励源，所需的频率较低，并且波形为正弦波，因此常规的方波信号并不能满足实际的需要，且所需的频率有时是比较低的。
本文以生产测井仪器中电阻率仪为背景，通过波形变换以及移相电路和AD采样，检测生产井中的含水率大小，但是需要说明的是如果在含水率大于30%的情况下，该方法并不适用了。
另外，由于激励源的频率较低，因此在RC移相电路中移相角度也会相对比较明显。
1基本原理将方波信号转换成正弦波信号分两步：通过积分电路将方波转换成三角波，再将三角波信号通过低通滤波器转换成正弦波。
图1所示是使用运算放大器LM324组成的方波转换成三角波线路[1]。
图中电阻和电容的匹配构成积分电路，输入一个方波信号，输出就可得到一个三角波，设方波振幅为5 V，周期为13ms（即频率为77 Hz），脉冲占空比为50%的信号，输出就得到峰值为2.5 V的三角波。
仿真产生的三角波波形图如图2所示。
根据积分运算电路的有关理论，当给定一个方波信号时，通过求解某段时间内的积分值，所得的输出电压为：（1）R、C分别为输入电阻和积分电容。
从而可得输出的三角波的峰值大小。
将三角波转换成正弦波常用的手段有滤波法和折线法，滤波法也称幂级数展开法。
滤波法适用性比较强，可以适用于任何频率，而使用折线法适用的频率有一定的局限性。
函数信号发生器的设计电路
北华航天工业学院《电子技术》课程设计报告报告题目：信号发生器设计电路作内容摘要本方案主要用集成运放LM324和UA741等元器件设计组成一个简易函数信号发生器。
该函数信号发生器主要由迟滞比较器、积分器电路、二阶RC有源低通滤波器电路等三部份组成。
迟滞比较器电路形成方波，经积分器电路输出三角波，再经二阶RC有源低通滤波器电路形成正弦波，通过电源实现1~12V可调，经过电位器实现频率调节。
由此构成了一个简易的函数信号发生器。
本实验主要通过使用Multisim、protel软件等完成电路的软件设计。
关键字：集成运放方波三角波正弦波目录一、概述 (1)二、方案设计与论证 (2)1．方案一 (2)2．方案二 (2)三、单元电路设计与分析 (2)1．迟滞比较器 32．积分器 (3)3．低通滤波器 (3)四、总原理图及元器件清单 (4)五、结论 (6)六、心得体会 (6)七、参考文献 (6)一、概述通过集成运放构成迟滞比较器、积分器和低通滤波电路，依次分别输出方波、三角波、正弦波。
通过调节电压源或滑动变阻器，可改变波形的幅值和频率。
二、方案设计与论证函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。
根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。
产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。
1．方案一采用分立器件实现电路组成，主要的部件有双运放uA741运算放大器、电压比较器、积分运算电路、二阶低通滤波电路、选择开关、电位器和一些电容、电阻组成。
该方案由三级单元电路组成的，第一级单元可以产生方波，第二级可以产生三角波，第三级可以产生正弦波。
方波产生和波形变换电路要点
XXXXXXXX学院课程设计说明书课程名称：电力电子技术设计题目：方波产生和波形变换电路班级：XXXXXXXXXXXXXXX姓名：XXXX学号：XXXXXXXXXXX指导老师：XXXX设计时间：XXXXXXXXXXXXX摘要波形发生器广泛地应用于各大院校和科研场所。
随着科技的进步，社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的需求，而我们设计的正是多种波形发生器。
本设计将介绍由集成运算放大器组成的方波-----三角波----正弦波函数发生器的设计方法，了解多功能集成电路函数信号发生器的功能及特点，进一步掌握波形参数的测试方法。
制作这种低函数信号发生器成本较低，适合学生学习电子技术测量使用。
制作时只需要个别的外部元件就能产生从1—10HZ，10—100HZ的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。
输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。
其中比较器与积分电路和反馈网络（含有电容元器件）组成振荡器，其中比较器产生的方波通过积分电路变换成了三角波，电容的充，放电时间决定了三角波的频率。
最后利用差分放大器传输特性曲线的非线性特点将三角波转换成正弦波。
电压比较器实现方波的输出，又连接积分器得到三角波，并通过三角波-正弦波转换电路看到正弦波，得到想要的信号。
NI Multisim 软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能过快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。
本设计就是利用Multisim软件进行电路图的绘制并进行仿真。
关键字：波形、比较器、积分器、MultisimAbstractWaveform generator is widely used in universities and scientific research. With the progress of science and technology, the development of the society, a single waveform generator has can't satisfy people's needs, and our design is a variety of waveform generator. This design introduces the integrated operational amplifier composed of square wave -- -- -- -- -- the design method of the triangle wave, sine wave function generator, understand the multi-function integrated circuit functions and characteristics of function signal generator, further grasp the waveform parameter test methods. To make this kind of function signal generator with low cost, suitable for students learning electronic technology measure. Need only when making individual external components can produce from 1-10 hz, 10-100 hz low distortion of sine wave, triangular wave and square wave pulse signal. The output waveform frequency and duty ratio can also be controlled by current or resistance. The comparator and integral circuit and the feedback network (containing the capacitance component) oscillator, the comparator of square wave by integrating circuit transformation becomes a triangle wave, capacitance charging, discharge time determines the frequency of the triangular wave. Finally using the nonlinear characteristics of the differential amplifier transmission characteristic curve of converting triangular wave into sine wave.Voltage comparator for the square wave output, and connect the integrator by triangle wave, and see the sine wave by triangle wave, sine wave conversion circuit, achieve the desired signal.NI Multisim software combines intuitive capture and functional simulation, can quickly, easily and effectively carried out on the circuit design and verification. This design is to use Multisim software to draw and carry on the simulation of circuit diagram.Key words: waveform, comparator, integrator, Multisim目录一、设计目的及要求 (4)1.1设计目的 (4)1..2设计内容与要求 (4)二、函数发生器的组成 (4)2.1原理框图 (4)2.2原理分析 (5)三、系统中各模块设计 (5)3.1 方波-三角波 (5)3.2三角波-正弦波转换电路 (8)3.3总电路图 (10)四、OPA2541的功能介绍 (10)五、结果分析 (11)六、课程设计中的收获和体会 (11)参考文献 (12)附录 (13)方波产生和波形变换电路一、设计目的及要求1.1设计目的1.了解集成运放电路的组成和使用；2.了解集成运放几种典型应用电路的工作原理；3.掌握利用运算放大器设计方波产生电路、波形变换电路和调试的方法。
第3章信号产生与变换电路的分析与制作 2
正弦波振荡电路由
放大器和反馈网络等组 成，其电路原理框图如
图3.6.23所示。
下午12时37分
图3.6.23 反馈振荡电路组成结构
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
21学时
根据图3.6.23可知
Uo Au Ui
所以
Uf Fu U
o
U f FuUo Fu AuUi
条件两个方面。 ①振幅平衡条件
Au Fu 1
上式说明，放大器与反馈网络组成的闭合环路中，环路总 的传输系数应等于l，使反馈电压与输入电压大小相等。 ②相位平衡条件
a ＋ f ＝2nπ （n＝0，1，2……）
上式说明，放大器和反馈网络的总相移必须等于2π的整 数倍，使反馈电压与输入电压相位相同，以保证正反馈。
1 0 RC
|F|
1/3
1 f0 2RC
1 当 0 时， RC
│F│= │F│max=1/3
o
φF
+90°
F 0
下午12时37分
o
串并联选 频特性
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
21学时
RC桥式振荡器的工作原理：
R C Rf
0 在 f0 处 F 0 ,
39k
下午12时37分
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
21学时
能自动稳幅的振荡电路
R f1 R C
.
将Rf分为Rf1 和Rf2 ，
D1
R f2
Rf2并联二极管
2
1
D2
∞ － A + +
C R1
正弦波信号电路设计
正弦波、方波、三角波 信号电路设计本系统以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz ～30KHz 的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。
一、电源：根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。
因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。
可调式集成稳压器，常见的主要有CW317、CW337、LM317、LM337。
317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为1.2V~37V ，最大输出电流m ax O I 为1.5A 。
稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。
其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。
LM317系列和LM337系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图4-5和图4-6。
图4-5 管脚 图4-6典型电路输出电压表达式为: ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=11125.1R RP U o 式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压REF V ，此电压加于给定电阻1R 两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器1RP ，电阻1R 常取值ΩΩ240~120，1RP 一般使用精密电位器，与其并联的电容器C 可进一步减小输出电压的纹波。
图中加入了二极管D ，用于防止输出端短路时10µF 大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。
LM317其特性参数：输出电压可调范围：1.2V ～37V输出负载电流：1.5A输入与输出工作压差ΔU=U i -U o ：3～40V能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。
整体稳压电路原理图二、主电路〖方案一〗由文氏电桥产生正弦振荡，这一方案为一开环电路，结构简单，产生的正弦波和方波的波形失真较小文氏电桥振荡器正弦波发生器：又称文氏电桥振荡器，如图1-3-1所示，其中A 放大器由同相运放电路组成，图3-4-2，因此， )1(12R R V V A d o v +==图3-4-1图3-4-2F 网络由RC 串并联网络组成，由于运放的输入阻抗Ri 很大，输出阻抗Ro 很小，其对F 网络的影响可以忽略不计，从图3-4-3有RCj R C j R RC j RV V F o f v ωωω++++==111)1(3)1)(1(2CC R j R R R C j R RC j R ωωωω-+=+++=由自激振荡条件：T=AF=1有1)1(32=-+=CC R j R R A F A v v v ωω 所以上式分母中的虚部必须为零，即 012=-CC R ωω RC10=⇒ω振荡频率 上式的实部为1，即 13=⋅RR A v 3=⇒v A 起振条件对图3-4-2同相运放， 121R R A v += 须满足122R R = 以上分析表明：① 文氏电桥振荡器的振荡频率RC10=ω，由具有选频特性的RC 串联网络决定。
8.5 集成锁相环电路4046 原理及其应用_信号发生电路原理与实用设计_[共14页]
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信号发生电路原理与实用设计◆ 240 ◆图8.4.1 全数字锁相环的组成框图DLF 的作用是消除鉴相器输出的相位误差信号中的高频成分，保证环路的性能稳定，实际上可用一变模可逆计数器（模数为K ）来实现。
K 变模可逆计数器根据相差信号P 进行加减运算。
当P 为高电平时，计数器进行加运算，如果相加的结果达到预设的模值，则输出一个进位脉冲信号D 给脉冲加减电路；当P 为低电平时，计数器进行减运算，如果结果为零，只输出借位脉冲信号D 给脉冲加减电路。
当f o 等于f i 或只有随机干扰脉冲时，计数器加减的数目基本相等，计数结果在初始值处上下徘徊，不会产生进位和借位脉冲，滤除因随机噪声引起的相位抖动。
计数器根据输出结果生成控制DCO 动作的控制指令。
K 变模可逆计数器的模值K 对DPLL 的性能指标有很大的影响。
K 的取值可根据输入信号的相位抖动而定，加大模值K ，有利于提高DPLL 的抗噪能力，但是会导致较大的捕捉时间和较窄的捕捉带宽；减小模值K 可以缩短捕捉时间，扩展捕捉带宽，但是降低了DPLL 的抗噪能力。
适当选取K 值可以确定DPLL 的转换速度。
数控振荡器（DCO ）在数字锁相环中所处的地位相当于模拟锁相环路中的电压控制振荡器。
在数字锁相环设计中使用的数控振荡器是一种可变模式分频器，它的输出是调整可变分频器的模值N ，该值的大小会随着每个f i 周期内（f i =1时）鉴相输出进行调整。
当其为高电平时，将可变分频模值N 增大，以调整分频输出使之相位滞后；当其输出为低电平时，将可变分频模值N 减小，以调整分频输出使之输出相位提前。
如果数字环路滤波器既没有控制脉冲信号D 输出，则分频模值N 将保持不变，经N 分频后的f o 信号相位和f i 信号相位处于同步状态。
N 分频器是一个简单的除N 计数器，它对脉冲加减电路的输出脉冲再进行N 分频，得到整个环路的输出信号f o 。
因为f o = CLK/2N = f c ，因此通过改变分频值N 可以得到不同的环路中心频率f c 。
数字电子技术第5单元脉冲信号产生和变换电路
• 该电路的暂稳态时间即定时时间为 T=（0.7～1.3）RC
2．由或非门构成的单稳态电路
• 图5-7是由或非门构成的单稳态电路。
• 平时第二个或非门（此处连接成非门状 态）的输入端通过电阻R成为高电平，所 以它的输出是低电平。 • 该低电平又送到第一个或非门的一个输 入端B上。
图5-7 由或非门构成的于将波 形变陡峭，以形成定宽、定幅的脉冲信号。
5.2 单稳态触发器
5.2.1 分立元件微分型单稳电路
• 图5-5是一种典型的分立元件集基耦合微 分型单稳电路。 • 该电路也是由两级反相器交叉耦合而成 的正反馈电路。
图5-5 分立元件集基耦合微分型单稳电路
• 它的一部分电路结构与多谐振荡器十分 相似，另一部分电路结构又和双稳电路十 分相似，再加上该电路也有一个微分触发 电路。 • 由此可见，它是由半个无稳态电路和半 个双稳态电路组合而成的，所以该电路有 一个稳态和一个暂稳态。
4．下降时间tf
• 下 降 时 间 是 指 脉 冲 后 沿 从 0.9Um 下 降 至 0.1Um时所需要的时间，用tf来表示。
5．脉冲宽度tW
• 脉冲宽度是指从脉冲前沿0.5Um处开始， 到脉冲后沿下降到0.5Um为止的宽度，又称 为半值脉冲宽度，用tW来表示。
• 有时也可以用上升沿与下降沿0.1Um之间 的宽度来表示脉冲宽度。
图5-1 由分立元器件多谐振荡器构成的低电压土壤 缺水告知电路
• 图5-2则是由集成块双稳态电路与多谐振 荡器构成的双闪灯电路。
• 该电路中的IC1-1与IC1-2、RP1等组成了 多谐振荡器，IC2构成了双稳态电路。
图5-2 由集成块双稳态电路与多谐振荡器构成的双闪灯电路
• 除了以上两种实际应用外，单稳态触发 器、双稳态触发器、多谐振荡器电路还广 泛应用于自动控制与调节系统、自动检测 系统、汽车电子、电子仪表及其他各种数 字电子电路等方面。
第3章信号产生与变换电路的分析与制作1
（a）
下午3时24分
（b） （c） 图3.2.3 LM741集成运算放大器
（d）
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
21学时
介绍2：集成运放的性能参数
运算放大器本质上是一个高电压增益、高输入电阻和低 输出电阻的直接耦合多级放大电路，因它最初主要用于模拟 量的数学运算而得此名。 运算放大器要有直流电源才能工作，大多数集成运算 放大器需要两个直流电源供电，在7和4两个端子分别接到 正电源＋VCC和负电源－VEE，一般VCC＝VEE。运算放大器 的参考地就是两个电源的公共地端。
下午3时24分
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
21学时
本学习项目的具体要求是：
下午3时24分
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
21学时
分析器件 和电路
下午3时24分
图3.2.1 信号产生与变换电路原理图
1
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
21学时
制作电路 和测试
下午3时24分
图3.2.2 信号产生与变换电路的制作
21学时
3.1 学习指南 3.2 信号产生与变换电路的分析 3.3 信号产生与变换电路的制作 3.4 项目实施效果的评价
本章 小结
下午3时24分
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
21学时
3.1 学习指南 3.1.1 学习目标 本学习项目是信号产生与变换电路的分析与制作。本学 习项目的载体是以集成运算放大器为核心器件的信号产生与
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
21学时
模拟电子技术的实践
第3章 信号产生与变换电路的分析与制作 宁波职业技术学院 吴志荣
信号产生电路与变换电路
uc UT+
t
UT-UZ
uc达到UT-时，uo上跳。
当uo 重新回到＋UZ 后，电路又进入另一个周期性的变化。
完整的波形：
uc
UT+
t 0 UT-
uo +UZ
t
计算振荡周期T。
0
- UZ
T
周期与频率的计算：
uc +UZ
UT+
t 0
UT-UZ
T1
T2
T= T1 + T2 =2 T2
只要 uI < UT+ ，则 uO = UZ
下门限 UZ
UT UT+ uI
U
回差
电压
一旦 uI > UT+ ，则 uO = UZ
U = UT+ UT
当 uI 逐渐减小时
只要 uI > U T ，则 uO = U一Z旦 uI < UT ，则 uO = UZ
特点：
uI 上升时与上门限比, uI 下降时与下门限比。
一、正弦波发生器
1 正弦波振荡电路的基本概念 2 正弦波振荡电路
1.1正弦波振荡器的振荡条件
a.振荡条件
正反馈放大电 路如图示。（注意 与负反馈方框图的 差别）
X a X i X f
若环路增益 A F 1
则 X a X f ， 去掉 X i ， X o 仍有稳定的输出 又 A F A F a f AF a f
iL和输入电压vi的关系。
il
iR
vi R
限制：最大负载电流受到最大
运放电流的限制，最小负载电
流又受到运放输入电流的限制，
输出电压正比于输入电流，与负载无关，实现I/V变换。
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图4基波正弦波产生电路
无源低通滤波电路的输入端电压 通过滤波电路得到的电压信号。
,取 则
即 ，
。
2.4 3次正弦谐波产生电路的设计与计算
图5 3次正弦谐波产生电路
将方波信号接入微分电路，无缘带通滤波电路的输入端电压 通过滤波电路得到的电压 ,取 ， ，
3电路仿真结果分析
1设计思路与整体框图
该实验设计根据题目要求,是基于555芯片为基础的实现占空比可调的方波发生电路，然后可以产生方波信号；第二步是将方波信号作为输入信号分别接入积分电路并加以LM324为基础的倍数可调放大电路，从而产生三角波；第三步是在方波的基础上加上二阶积分电路产生正弦基波；第四步是在方波电路的基础上加上带通滤波电路并加以LM324为基础的电路从而产生三次谐波。该是所要求的频率为1KHz，正弦波的截止频率为1.5倍的基波频率，三次谐波的频率为3KHz；并且要求这四种波的输出幅值必须大于500mv 。
信号产生与变换电路的设计
自动化12-1班 李振兴，自动化12-1 韩超杰
摘要：在《模拟电子技术》的学习基础上，针对课程要求，本电路由电阻、电容、555芯片，LM324放大器组成。该滤波器属于有源滤波器，由有源元件和无源元件组成，设计用到了LM324集成运放，通滤波电路来分别实现方波、三角波、正弦波和正弦三次谐波的输出。
原理框图：积分电路带通滤波微电路
分
电
路
图1信号的产生与变换整体思路
仿真总图为：
2硬件电路设计
2.1 方波发生电路的设计与计算
图2方波发生电路
方波信号只有两种状态，不是高电平就是低电平，所以比较器是它重要组成部分 ，因为产生震荡就是要求高低电平能够自由的切换，所以电路需要引入负反馈；因为输出状态需要按一定时间间隔交替变化，即产生周期性变化。因此它由磁滞回路比较器和RC电路组成。RC回路作为延迟环节，即反馈网络。
1.方波信号
2.三角波
3.正弦基波信号
4．三次谐波
5.仿真信号总图
4电路实验结果分析
实验中由于对软件还没完全熟悉。所以偶尔会遇到一些技术上的问题。不过后来都通过各种方法解决了，从中也学到了不少东西。
方波的设计比较容易而三角波就相对来说难一点。尤其是各元件的去吃。必须在计算的基础上在不断的通过仿真调试才能达到要求的电路参数。看来理论，与实际的差距还是很大。 由于利用软件矛盾所以各种实际操作都用鼠标来完成省去了很多工作。同时也达到了增强动手能力的效果。
要求： ，则 ，得出
取 ,则 Ω。
2.2 三角波发生电路的设计与计算
图3三角波发生电路
三角波电路有帮波电路和积分电路组成。只需站已经设计好的帮波电路上加一个积分电路。将方波作为积分电路的输入信号接入积分电路。输出的电压就是三角波线电压.在仿真处用电压表测输出电压的幅值.
时间常数 ,一般来说 取
故取 ， ，使信号放大5倍， ， 。由于LM324正端取2.5V，所以 ， 做消振作用。由于 ， 做耦合电容一般取 。