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
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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 。