波形的产生与变换电路
集成运算放大器组成的波形变换与产生电路

Vi V Ref
Vo VOM Vi A V Ref Vo V Ref Vi
t
VO VOM t -VOM
- V OM
(b)传输特性 (c)波形变换 图 6—1 开环比较器及其传输特性 如果引入正反馈,可以构成具有回线形状传输特性的滞回比较器。图 6—2 (a) 所示为 一反相输入的滞回比较器,该电路 当 VO = VOM 时
R1 R ⋅C R2
R1 VZ R2
5.正弦波信号发生器 图 6—6 所示电路是由运放构成的 RC 桥式振荡电路,它是由选频网络(为 RC 串并联 网络,它兼作正反馈网络)和同相输入比例放大器组成。
R 10K C 0.01uF
Vf
A
VO Rf D1 R2 10K D2
R 10K
C 0.01uF R1 10K RP 47K
R1 V R2 Z
V VZ
VO1 VO2
A1
R2
R 10K R5 10K
2K
A2
VO2
R1 10K
20K VZ 6V
t
- R1 VZ R2 - VZ
DZ
(a)三角波发生器电路图 ( b) 波形图 图 6—5 三角波发生器
设电源接通时, VO1 = VZ ,则 VO 2 线性下降,当 VO 2 下降到 −
(a)滞回比较器
Vi + R47K Dz
Vo
±Vz ±6V
图 6—3
具有限幅的滞回比较器
3.方波发生器 方波发生器是一种能产生方波的信号发生电路, 由于方波包含各次谐波分量, 因此方波
发生器又称为多谐振荡电路。 方波发生器的基本电路如图 6—4 所示,它是由一个反相输入的滞回比较器(其传输特 性见图 6—2 (b))和一个 RC 积分电路组成。
波形产生与波形变换电路的设计与仿真

践,理论与实践结合,可以使学生更好地理解相关理论知识,提升学生的基本技能,与此同时提高学生的创新能力,又为进一步将理论应用于实践提供了锻炼的机会。
实践教学手段包含专业课程相关的实验、实训以及课程设计等。
与单纯的理论授课相比较,实践实验教学环节更能激发学生的学习兴趣,提高学生的实践动手能力,尤其设计性的实践环节,更能提升学生运用理论基础知识进行相关课题的设计能力。
通常情况下,对于设计性实践内容,需要学生根据选题及设计要求,独立或分组完成相应的方案设计,交给指导老师审阅,之后进行硬件组装调试,从而整体完成对电子电路的工程实践操作。
在传统的设计过程中,学生首先要查阅相关资料,结合设计要求确定合理的整体框架,然后设计电路,选择合适的元件进行电路组装调试。
通常,这种传统的设计方式需要花费学生包括指导教师大量的时间,耗时耗力,并且在电路设计调试结果出不来的情况下,很难更改电路,以至于很难顺利完成相应内容设计。
随着电子计算机技术的不断发展,与此同时出现了很多电路设计相关的EDA仿真软件,在电路设计中起到了很大的作用,使学生的电路设计能力以及设计水平在很大程度上得到了提高和改善。
Multisim仿真软件就是一款比较有效且简单易学的电路设计仿真软件。
Multisim仿真软件主要是在计算机上实现电子电路功能的设计以及性能分析,使学生设计的电路只需模拟调试成功即可组装电路,既节约了设计时间,又可避免在这一设计过程中采用传统方式可能带来的元件损耗,这是对传统实践教学方法的充实与改进,它使设计的方法和手段现代化[1]。
利用Multisim仿真软件这款电路设计与仿真的EDA软件,使实践教学环节更加丰富有趣,学生根据虚拟仪器仪表的测试等,合理设计自己的内容,对于进一步提高实践教学当今社会,随着电子技术的飞速发展,基本已经不存在纯手工设计电子产品。
对于现代化的电子产品设计的过程,首要的工作是确定产品要实现的功能,接着对电路原理图进行设计、进行PCB 版图设计、结合程序设计等步骤,这些设计工作都是在计算机上得以实现。
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
一节几种常用脉冲波形产生和整形电路

锯齿波产生电路
锯齿波产生电路通常由一个运算放大器和两个电容组成。输入信号通过一个电容加到运算放大器的反 相输入端,输出信号通过另一个电容反馈到运算放大器的同相输入端。通过调整电容的充放电时间, 可以获得不同频率和幅度的锯齿波。
多谐振荡器
总结词
多谐振荡器是一种能够产生方波或近似方波的脉冲整 形电路,其输出频率和占空比可以通过电路参数进行 调整。
详细描述
多谐振荡器由两个反相器串联而成,每个反相器都有 一个电容和电阻并联。当输入信号为高电平时,多谐 振荡器的输出信号为低电平;当输入信号为低电平时 ,多谐振荡器的输出信号为高电平。由于电容的作用 ,多谐振荡器的输出信号频率和占空比可以通过调整 电阻和电容的值来改变。多谐振荡器在数字电路、通 信系统和控制系统中有着广泛的应用。
脉冲幅度解调(PAD)
定义
脉冲幅度解调是将脉冲幅度调制信号还原为原始模拟信号 的过程。通过检测脉冲的幅度并将其转换为相应的模拟信 号值。
工作原理
在PAD中,输入的PAM信号被检测并转换为相应的模拟信 号。通过比较每个脉冲的幅度与预设阈值,可以还原出原 始的模拟信号波形。
应用
PAD广泛应用于数字通信、雷达、测距等领域的接收端, 用于将传输的PAM信号还原为原始的模拟信号。
应用
PFM电路广泛应用于通信、测量和控制等领域。例如,在无线电广播中,PFM用于将音频信号传输到听 众的收音机中。
脉冲频率解调(DFM)
01
定义
脉冲频率解调是一种将已调制的脉冲信号还原为原始信号的过程。在
DFM中,通过测量脉冲信号的频率来恢复原始信号。
波形产生电路与变换电路

通常定义矩形波为高电平的时间T2与周期T之比为占空 比D, 即
D T2 T
第八章 波形产生电路与变换电路
R
RW
RW′
图
VD2
8–5
△
uC
- ∞ Ro
+
占
C
+
uo
空 比
可
调
R3 VDz3
R2
VDz4
±Uz
电 路
D T2 RW' rd1 R T RW rd1 rd2 2R
第八章 波形产生电路与变换电路
8.1.3 锯齿波产生电路
R3
△ △
R2
- ∞ Ro A1 +
uo1
+
VDz3
C VD1
RW′
RW VD2
-∞
A2 + +
uo
R′
VDz4
±Uz
R″
图 8 – 8 锯齿波产生电路
第八章 波形产生电路与变换电路
uo uo1
Uz
R2 R3
U
z
O
R2 R3
Uz
-Uz
T1
T2
第八章 波形产生电路与变换电路
8.1.2 三角波产生电路
R3
R2
C
△ △
- ∞ Ro A1 +
uo1 R
-∞
+ VDz1
A2 + +
uo
R′
±Uz
VDz2
R″
图 8 – 6 三角波产生电路
第八章 波形产生电路与变换电路
1. 工作原理
uo1
+Uz
O
t
-Uz
脉冲波形的产生与变换

脉冲波形的产生与变换脉冲信号是数字电路中最常用的工作信号。
脉冲信号的获得经常采用两种方法:一是利用振荡电路 直接产生所需的矩形脉冲。
这一类电路称为多谐振荡电路或多谐振荡器;二是利用整形电路,将已有的脉冲信号变换为所需要的矩形脉冲。
这一类电路包括单稳态触发器和施密特触发器。
这些脉冲单元电路可以由集成逻辑门构成,也可以用集成定时器构成。
下面先来介绍由集成门构成的脉冲信号产生和整形电路。
多谐振荡器自激多谐振荡器是在接通电源以后,不需外加输入信号,就能自动地产生矩形脉冲波。
由于矩形波中除基波外,还含有丰富的高次谐波,所以习惯上又把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。
多谐振荡器通常由门电路和基本的RC 电路组成。
多谐振荡器一旦振荡起来后,电路没有稳态,只有两个暂稳态,它们在作交替变化,输出矩形波脉冲信号,因此它又被称作无稳态电路。
9.1.1 门电路组成的多谐振荡器多谐振荡器常由TTL 门电路和CMOS 门电路组成。
由于TTL 门电路的速度比CMOS 门电路的速度快, 故TTL 门电路适用于构成频率较高的多谐振荡器,而CMOS 门电路适用于构成频率较低的多谐振荡器。
(1)由TTL 门电路组成的多谐振荡器由TTL 门电路组成的多谐振荡器有两种形式:一是由奇数个非门组成的简单环形多谐振荡器;二是由非门和RC 延迟电路组成的改进环形多谐振荡器。
① 简单环形多谐振荡器(a) (b)uo图9-1 由非门构成的简单环形多谐振荡器把奇数个非门首尾相接成环状,就组成了简单环形多谐振荡器。
图9-1(a)为由三个非门构成的多谐振荡器。
若uo的某个随机状态为高电平,经过三级倒相后,uo跳转为低电平,考虑到传输门电路的平均延迟时间tpd,uo输出信号的周期为6tpd。
图9-1(b)为各点波形图。
简单环形多谐振荡器的振荡周期取决于tpd,此值较小且不可调,所以,产生的脉冲信号频率较高且无法控制,因而没有实用价值。
改进方法是通过附加一个RC延迟电路,不仅可以降低振荡频率,并能通过参数 R、C控制振荡频率。
波形产生与变换设计

波形产生与变换设计
波形产生与变换设计是一种电子电路设计技术,用于产生特定形状的电信号波形,并对其进行变换。
这种技术被广泛应用于各种电子设备中,如信号发生器、数字信号处理器、音频处理器等。
波形产生与变换设计的核心是波形产生与变换电路。
这种电路可以通过各种电子元件和器件实现,如电容、电感、晶体管、运算放大器等。
通过合理的电路设计和元件选择,可以实现各种形式的波形产生和变换,如正弦波、方波、三角波、锯齿波等。
波形产生与变换设计的应用非常广泛。
在通信系统中,它可以用于产生各种调制波形,如频率调制波形、相位调制波形、振幅调制波形等。
在音频系统中,它可以用于产生各种声音效果,如回声、混响、合唱等。
在数字信号处理器中,它可以用于进行数字滤波、数字变换等操作。
波形产生与变换设计是电子电路设计中的重要技术之一。
随着电子技术的不断发展,波形产生与变换设计也在不断进步和完善,为各种应用提供更加精确、高效的电信号波形产生和变换能力。
- 1 -。
波形产生电路与变换电路

F
可分解为: A F 1
称为振幅平衡条件。 (n = 0 , 1, 2, …)
A F 2n
称为相位平衡条件。
第八章 波形产生电路与变换电路
说明:对相位平衡条件:
A F (o i ) (F o ) F i
FU 即有: Z U Z U Z [F 1]e
1 F 2R 2 T 2T1 2 ln 2RC ln(1 ) 1 F R3
第八章 波形产生电路与变换电路
1 F 2R 2 T 2T1 2 ln 2RC ln(1 ) 1 F R3 1 1 则: f T 2R 2 2RC ln(1 ) R3
即:反馈电压与原输入电压的相位差,也就是信号通过基本放 大器、反馈网络的总相移。所以相位平衡条件就是反馈电压和原输 入电压要同相位,即为正反馈。判断的方法就是瞬时极性法。只有 这两个条件同时满足时,电路才能维持自激振荡。振幅平衡条件可 以通过对电路参数的调节容易满足,所以相位平衡条件是电路能否 产生振荡的关键。 3、自激振荡的建立和起振条件: (1)自激振荡的建立:实际上,振荡器在开始起振时不需要信 号源,靠电路中电路接通时的电扰动,这种电扰动中存在着丰富的 成份,包含频率为fo 正弦信号。 (2)选频网络:为了使频率为fo 正弦信号放大—反馈—再放 大——输出,振荡器中还必须有一个选频网络。
图 8 - 12ICL8038管脚图(顶视图)
第八章 波形产生电路与变换电路
§8.3 正弦波产生电路
一、正弦波振荡器的基本原理
1、自激振荡的基本原理及框图:
如下图:输入信号通过基本放大器得 到输出信号,引入负反馈,调节电路参 数,使之反馈信号等于原输入信号,这 样反馈信号就能代替原输入信号,我们 把这样一个没有输入就有输出的闭环系 统称为自激振荡器。
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起振时D1、D2不导通, Rf1+Rf2略大于2R1。随着 uo的增加, D1、D2逐渐 导通,Rf2被短接,A自动 下降,起到稳幅作用。
振荡频率的调节:
K:双联波段开关,
R2
切换R,用于
R1
R3
Rf
粗调振荡频率。
振荡频率:
f0
=
1
2pRC
K
R
_
uo
C
R2
+ +
R1
R3 C
R1
K
C:双联可调电容,改变C,用于细调振荡频率。
三. RC移相式振荡电路 1. RC移相电路
(1 )RC超前移相电路
C
C
C
+
+
uo R
R
-
φA
R uf -
+270°
+180°
+90°
0°
o
(2)RC滞后移相电路
R
RR
+
+
uo
C
C
C uf
-
-
φA
o0°
-90°
-180°
-270°
2. RC移相式振荡电路
jA =180 在 f0 处 jF =180,
第八章 波形的产生与变换电路
8.1 正弦波振荡的基本原理 8.2 RC正弦波振荡电路 8.3 LC正弦波振荡电路 8.4 石英晶体振荡电路 8.5 比较器 8.6 方波发生器 8.7 三角波及锯齿波发生器
8.1 正弦波振荡器的基本原理
一. 产生自激振荡的条件
Xi +
X d 基本放大器 A
Xo
–
Xf
-
+
频率特性: F =Uf = Z2 Uo Z1 +Z2
R 2
•
F=
1+jR 2C2
=
1
R 1+j1C1+1+j R 2 R 2C2 (1+C C1 2+R R 1 2)+j (R 1C2-R 1 2C1)
通常,取R1=R2=R,C1=C2=C,则有:
•
1
F = 3+ j( - 0 )
式中: 0
稳幅过程:
起振过程
起振时, | A F |1 稳定振荡时, | A F |=1
稳幅措施:
Xd 基本放大器
Xo
A
Xf
反馈网络 F
1、被动:器件非线性
2、主动:在反馈网络中加入非线性稳幅环节,用以调节
放大电路的增益
三.正弦波振荡器的一般组成
1.放大电路 2.正反馈网络 3.选频网络——只对一个频率满足振荡条件 ,从而获得单一频率的正弦波输出。
满足相位条件: jA+jF =0
R2
C CC
R1
+
-∞
A +
+
uo
R
R
R 0 uf
-
R/
1
R = R 0// R 1
f0 = 2 6pRC
8.3 LC正弦波振荡器
1. LC并联谐振回路的选频特性
i
+
iC
u
C
当 =0 1 时,
iL
LC 并联谐振。
L
-
R
R为电感和回路中的损耗电阻
谐振时,电路呈阻性:
起振条件:
AF=1, F = 1
A=3
3
A = 1+ Rf
R1
R
Rf
C
-∞
A +
+
uo
R
C uf R 1
Rf=2R1=210=20k
f0
=
1
2pRC
=1592
Hz
能自动稳幅的振荡电路
半导体热敏电阻 (负温度系数)
10k
10k
Rt
0.1u 100k uf
-A +
∞
+
uo
10k 0.1u 39k
起振时Rt较大 使A>3,易起振。
当ω=ω0时,│F│最大,且 j=0F°
ω0=? │F│max=?
|F|
|F|
0 φF 90°
0
φF
0
0
-90°
2. 定量分析
R1C1 串联阻抗:
+
Z 1=R 1+(1/jC 1)
+
R1
R2C2 并联阻抗:
Z2 = R2 //(1/ jC2 )
=
R2
1 + jR2C2
u
C1
o
+
+
-
R2
+
C
2
u f
Z0
=
L RC
(阻性)
LC并联谐振特点:谐振时,总路电流很小,支路 电流很大,电感与电容的无功功率互相补偿,电 路呈阻性。
当uo幅度自激 增长时, Rt减 小,A减小。
当uo幅度达某 一值时, A→3。
当uo进一步增 大时, RT再减 小 ,使A<3。
因此uo幅度自 动稳定于某一 幅值。
能自动稳幅的振荡电路
R
C
.
R f1
R f2 1
D1
2
D2
-∞
A +
+
将Rf分为Rf1 和Rf2 ,
Rf2并联二极管 uo
RC
R1
EWB演示——RC振荡器
R
Rf
在 f0 处 jF =0,
C
-∞
A +
+
R
C uf R 1
uo 满足相位条件:
jA+jF =0
振幅条件:
AF=1 F = 1 只需:A=3 3
输出正弦波频率: 引入负反馈: A = 1+ Rf
f0
=
1
2pRC
R1
选: Rf = 2R1
例题:R=1k,C=0.1F,R1=10k。Rf为多大时才 能起振?振荡频率f0=?
o
+
+
-
R2
+
C
2
uf -
+
选频特性:
F =Uf = Z2 Uo Z1 +Z2
1.定性分析:
(1)当信号的频率很低时。
1
C 1 >>R1
1
C 2 >>R2
其低频等效电路为:
|F|
0 φF
90°
0
+
+
C1
u o
+
+
-
R2
uf
-++其频率特性为:当ω=0时, uf=0,│F│=0
j F =+90°
改成正反馈
反馈网络
F
+
Xd = Xi - X f
只有正反馈电路才能产生自激振荡。
Xi +
Xd
+
Xf
基本放大器
Xo
A
反馈网络
F
如果:X f = X i ,
则去掉 X i , 仍有信号输出。
Xd 基本放大器
A
Xf
反馈网络 F
Xo
反馈信号代替了放大 电路的输入信号。
Xd 基本放大器
Xo
A
动画演示
Xf
=
1 RC
0
可见:当
=0
=
1 RC
时, │F│最大,且
j
F=0°
│F│max=1/3
RC串并联网络完整的频率特性曲线:
0
=
1 RC
|F|
1/3
1
f0 = 2pRC
o
当
=0
=
1 时, RC
│F│= │F│max=1/3
jF = 0
φF +90°
o
二.RC桥式振荡器的工作原理:
因为: jA =0
反馈网络
Xd=Xf
F
..
自激振荡的条件:A F = 1
因为:
.
A=| A|jA
.
F=|F|jF
FA=1
所以,自激振荡条件也可以写成:
(1)振幅条件: | AF|=1
(2)相位条件: j A + j F = 2np n是整数
二.起振条件和稳幅原理
起振条件:
| A F |1 (略大于)
结果:产生增幅振荡
当ω↑时,
ujf=F↓↑,│F│↑
(2)当信号的频率很高时。
1 C1
<<R1
1 C2
<<R2
其高频等效电路为:
|F|
0 φF
0 -90°
+
+
R1
u
+
o
+
-
C2
uf -
+
+
其频率特性为:
当ω=∞时,
uf=0,│F│=0
j F =-90°
当ω↓时,
uf=↑,│F│↑
j F↓
由以上分析知:一定有一个频率ω0存在,
常用的选频网络有RC选频和LC选频 4.稳幅环节——使电路易于起振又能稳定振 荡,波形失真小。
8 . 2 RC正弦波振荡电路
一. RC 串并联网络的选频特性
R1C1 串联阻抗:
Z 1=R 1+(1/jC 1)
R2C2 并联阻抗:
Z2 = R2 //(1/ jC2)
=
R2
1+ jR2C2