09-8波形發(fā)生和信號轉(zhuǎn)換PPT課件

1、2021/7/241第八章第八章 波形發(fā)生和信號變換電路波形發(fā)生和信號變換電路8.1 8.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路8.2 8.2 電壓比較器電壓比較器8.3 8.3 非正弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路重點(diǎn)：正弦波振蕩的條件，正弦波振蕩電路組成及其判別；電重點(diǎn)：正弦波振蕩的條件，正弦波振蕩電路組成及其判別；電壓比較器、非正弦波振蕩電路的組成及其工作原理。壓比較器、非正弦波振蕩電路的組成及其工作原理。2021/7/2428.1 8.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路一、產(chǎn)生正弦波振蕩條件一、產(chǎn)生正弦波振蕩條件無無外加信號：外加信號：輸出一定頻率一定幅值的信號。輸出一定頻率一定幅值的信號。8.1

2、.1概述概述結(jié)構(gòu)：沒有輸入信結(jié)構(gòu)：沒有輸入信號且?guī)нx頻網(wǎng)絡(luò)的號且?guī)нx頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大電路。正反饋放大電路。與負(fù)反饋放大電路的振蕩不同：與負(fù)反饋放大電路的振蕩不同：正弦波振蕩正弦波振蕩電路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。電路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。電擾動(dòng)：電擾動(dòng)：對于某一特定頻率對于某一特定頻率f f0 0的信號形成正的信號形成正反饋：反饋：iffoiXXXXX達(dá)到平衡：達(dá)到平衡：由于半導(dǎo)體器件非線性特性及供電由于半導(dǎo)體器件非線性特性及供電電源限制，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，穩(wěn)定幅值。電源限制，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，穩(wěn)定幅值。2021/7/243一旦產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩，則電路的輸出自動(dòng)維持一旦產(chǎn)生

3、穩(wěn)定的振蕩，則電路的輸出自動(dòng)維持211FAnFAFAfiXFAX振蕩幅值平衡條件振蕩幅值平衡條件振蕩相位平衡條件振蕩相位平衡條件2021/7/244二、二、 初始信號來源及起振條件初始信號來源及起振條件1 1、初始信號來源：、初始信號來源：利用電路中瞬態(tài)擾動(dòng)信號，通過選頻網(wǎng)利用電路中瞬態(tài)擾動(dòng)信號，通過選頻網(wǎng)絡(luò)選出所需頻率信號。絡(luò)選出所需頻率信號。2 2、起振條件：、起振條件： 受放大環(huán)節(jié)非線性限制受放大環(huán)節(jié)非線性限制 uo A |AF|=1 uo穩(wěn)定穩(wěn)定1FA 要產(chǎn)生正弦波振蕩，必須有滿足相位條件的要產(chǎn)生正弦波振蕩，必須有滿足相位條件的f0，且在通電時(shí)對，且在通電時(shí)對于于f= f0信號有從小到

4、大直至穩(wěn)幅的過程，即滿足起振條件。信號有從小到大直至穩(wěn)幅的過程，即滿足起振條件。2021/7/2451FA電路如何從起振到穩(wěn)幅？電路如何從起振到穩(wěn)幅？oX)(fiXXooXFAAF穩(wěn)定的穩(wěn)定的振幅振幅非線性環(huán)節(jié)非線性環(huán)節(jié)的必要性！的必要性！2021/7/246三、三、正弦波振蕩電路的組成和判據(jù)正弦波振蕩電路的組成和判據(jù)放大環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)保證穩(wěn)幅振蕩保證穩(wěn)幅振蕩放大：使電路從起振到平放大：使電路從起振到平衡，可以獲得輸出能量衡，可以獲得輸出能量滿足相位條件：使?jié)M足相位條件：使放大電路的輸入信放大電路的輸入信號等于反饋信號號等于反饋信號確定振蕩頻率，確

5、定振蕩頻率，產(chǎn)生正弦波振蕩產(chǎn)生正弦波振蕩2021/7/247判斷電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩的方法和步驟判斷電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩的方法和步驟（1）觀察電路是否含有四個(gè)組成部分；（2）判斷放大電路能否正常工作（靜態(tài)和動(dòng)態(tài)）；（3）利用瞬時(shí)極性法判斷電路是否滿足振蕩相位平衡條件；瞬時(shí)極性法： 斷開反饋與放大電路的連接，在放大電路的斷開反饋與放大電路的連接，在放大電路的輸入端加瞬時(shí)信號。輸入端加瞬時(shí)信號。（4）判斷電路是否滿足振蕩幅值平衡條件。Ui的極性的極性 Uo的極性的極性 Uf的極性的極性若若Uf與與Ui極性相同，則電路可能產(chǎn)生自激振蕩；否極性相同，則電路可能產(chǎn)生自激振蕩；否則電路不可能產(chǎn)生自激振

6、蕩。則電路不可能產(chǎn)生自激振蕩。2021/7/248四、分類四、分類常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件分類。常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件分類。1. RC正弦波振蕩電路：幾百千赫以下正弦波振蕩電路：幾百千赫以下2. LC正弦波振蕩電路：幾百千赫幾百兆赫正弦波振蕩電路：幾百千赫幾百兆赫3. 石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定2021/7/2498.1.2 RC8.1.2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路1 1、 RCRC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性一、一、 RCRC橋式正弦波振蕩電路橋式正弦波振蕩電路低頻段低頻段高頻段高頻段容抗大于電阻，容抗大于電阻，Uf超前超前Uo，趨

7、于，趨于90o，且，且Uf趨于零。趨于零。容抗小于電阻，容抗小于電阻，Uf落后落后Uo，趨于，趨于90o，且，且Uf趨于零。趨于零。2021/7/2410)(3100.ffffjuuof 取取f0 =1/(2 RC)若若 f = f0 ，則，則 uf /uo = 1/3| uf /uo |達(dá)最大值；達(dá)最大值； uf與與uo同相。同相。 2021/7/2411 RCRCu0R1Rfufui-+A放大環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅措施電路構(gòu)成電路構(gòu)成相位條件相位條件起振條件起振條件f=f0時(shí)時(shí),F =uf / uo=1/3只要只要 A=1+Rf /R1 3

8、起振條件滿足。起振條件滿足。振蕩頻率振蕩頻率f0=1/ 2 RC取取Rf為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻2 2、振蕩電路組成與起振、振蕩電路組成與起振+2021/7/2412振蕩頻率連續(xù)可調(diào)的振蕩頻率連續(xù)可調(diào)的RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)2021/7/2413習(xí)題習(xí)題8.6 試求解：試求解： （1）RW的下限值；的下限值； （2）振蕩頻率的調(diào)節(jié)范圍。）振蕩頻率的調(diào)節(jié)范圍。（1 1）根據(jù)起振條件）根據(jù)起振條件kRRRR22WWf，Hz145)( 21kHz6 . 1 2121min01max0CRRfCRf（2 2）振蕩頻率的最大值和）振蕩頻率的最大值和最小值分別為最小值分別為RW的

9、下限值為的下限值為2k。2021/7/2414定性分析：定性分析：f低，低，Z取決于電感支路，呈感性。取決于電感支路，呈感性。f 越低越低 Z越小。越小。f高，高，Z取決于電容支路，呈容性。取決于電容支路，呈容性。f 越高越高 Z越小。越小。可證：中間某頻率可證：中間某頻率 f=f0 并聯(lián)阻抗為純阻，且達(dá)最大值。并聯(lián)阻抗為純阻，且達(dá)最大值。LCf210 一、一、 LC諧振回路頻率特性諧振回路頻率特性uI+-f 0：并聯(lián)諧振頻率，可證：并聯(lián)諧振頻率，可證：8.1.3 8.1.3 LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路2021/7/2415選頻放大電路選頻放大電路變壓器反饋式變壓器反饋式電感反饋式電

10、感反饋式電容反饋式電容反饋式電路引入正反饋，電路引入正反饋，反饋信號替代輸入信號，反饋信號替代輸入信號，構(gòu)成正弦波振蕩電路構(gòu)成正弦波振蕩電路2021/7/2416二、變壓器反饋式振蕩電路二、變壓器反饋式振蕩電路1 1、變壓器繞組互為同名端相位、變壓器繞組互為同名端相位相同；互為異名端相位相反。相同；互為異名端相位相反。2 2、f=ff=f0 0時(shí)，時(shí)，LCLC并聯(lián)回路并聯(lián)回路Z Z呈純阻呈純阻且為最大值。且為最大值。LCf210 相位條件相位條件振蕩頻率振蕩頻率-+構(gòu)成：共射放大電路、構(gòu)成：共射放大電路、LCLC選頻網(wǎng)絡(luò)、變壓器反選頻網(wǎng)絡(luò)、變壓器反饋構(gòu)成正反饋環(huán)節(jié)。饋構(gòu)成正反饋環(huán)節(jié)。2021/

11、7/2417三、三、電感反饋式振蕩電路電感反饋式振蕩電路交流通路：交流通路：電感線圈引出三端點(diǎn)分別與電感線圈引出三端點(diǎn)分別與晶體管三個(gè)極相連。晶體管三個(gè)極相連。LCf210 相位條件相位條件振蕩頻率振蕩頻率L=L1+ L2 +2M13242021/7/2418四、電容反饋式振蕩電路四、電容反饋式振蕩電路交流通路：交流通路：電容引出三端點(diǎn)分別與晶體電容引出三端點(diǎn)分別與晶體管三個(gè)極相連。管三個(gè)極相連。LCf210 C=C1C2/(C1+C2)L(C)三點(diǎn)式簡易相位判別法：三點(diǎn)式簡易相位判別法：只要性質(zhì)相同的電抗元件的中點(diǎn)與三極管只要性質(zhì)相同的電抗元件的中點(diǎn)與三極管e極相連，極相連，則電路一定滿足相

12、位條件。則電路一定滿足相位條件。振蕩頻率振蕩頻率相位條件相位條件13242021/7/2419例：利用相位平衡條件判斷電路可否振蕩。（參考教材例：利用相位平衡條件判斷電路可否振蕩。（參考教材P419）2021/7/2420例：為使電路振蕩，標(biāo)明變壓器的同名端。（參考教材例：為使電路振蕩，標(biāo)明變壓器的同名端。（參考教材P419）142532021/7/2421電路組成分析： 共射放大電路、L,C1,Cb構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)，電容三點(diǎn)式選頻。利用瞬時(shí)極性法使電路滿足振蕩時(shí)的相位平衡條件。工作原理分析：例：為使電路振蕩，修改電路中的錯(cuò)誤。（參考教材例：為使電路振蕩，修改電路中的錯(cuò)誤。（參考教材P420）L的

13、連接使晶體管飽和，靜態(tài)設(shè)置不合理。集電極無輸出電阻，交流短路。2021/7/24228.1.4 8.1.4 石英晶體正弦波振蕩電路石英晶體正弦波振蕩電路一、石英晶體的基本知識一、石英晶體的基本知識1 1、石英晶體的壓電效應(yīng)、石英晶體的壓電效應(yīng) 電極上加電場電極上加電場晶體機(jī)械變形晶體機(jī)械變形 晶體上加壓力晶體上加壓力電極上產(chǎn)生電場電極上產(chǎn)生電場壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)電極上加交變電壓電極上加交變電壓晶體機(jī)械振動(dòng)晶體機(jī)械振動(dòng)交變電場交變電場當(dāng)當(dāng)f=ff=f0 0時(shí)，晶體機(jī)械振動(dòng)時(shí)，晶體機(jī)械振動(dòng)及及交變電場顯著增強(qiáng)。交變電場顯著增強(qiáng)。壓電諧振壓電諧振固有諧振頻率固有諧振頻率2 2、石英晶體諧振器的等效電路

14、、石英晶體諧振器的等效電路晶體晶體靜態(tài)靜態(tài)用用CoCo等效等效諧振時(shí)諧振時(shí)L L等效慣性等效慣性C C等效彈性等效彈性R R等效摩擦損耗等效摩擦損耗 2021/7/2423Xf0fsfp容性容性感性感性容性容性)2(1200CLCCCLCX Z=jX (R忽略）忽略）X= 0 : LC支路產(chǎn)生串聯(lián)諧振支路產(chǎn)生串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率:X : 回路產(chǎn)生并聯(lián)諧振回路產(chǎn)生并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率:LCsf21 010021CCsfCCCCLpf 2021/7/24242 2、串聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路、串聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路二、石英晶體正弦波振蕩電路二、石英晶體正弦波振蕩電路

15、1 1、并聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路、并聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路特點(diǎn)：石英晶體的阻抗呈電感性，與外接電容構(gòu)成并聯(lián)諧振。特點(diǎn)：石英晶體的阻抗呈電感性，與外接電容構(gòu)成并聯(lián)諧振。振蕩頻率振蕩頻率 f fp p f f f fs s 。特點(diǎn)：石英晶體發(fā)生串聯(lián)諧振，阻抗呈純阻性，振蕩頻率為特點(diǎn)：石英晶體發(fā)生串聯(lián)諧振，阻抗呈純阻性，振蕩頻率為f fs s 。2021/7/2425名稱：名稱：常用選頻網(wǎng)絡(luò)命名：常用選頻網(wǎng)絡(luò)命名：RC正弦波振蕩電路，正弦波振蕩電路，LC正弦波振蕩電路，正弦波振蕩電路，石英晶體正弦波振蕩電路。石英晶體正弦波振蕩電路。適用范圍：適用范圍：低頻段小于低頻段小于1MHz，采用，采用

16、RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路高頻段大于高頻段大于1MHz，采用，采用LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路穩(wěn)定的振蕩頻率，采用石英晶體正弦波振蕩電路穩(wěn)定的振蕩頻率，采用石英晶體正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路小結(jié)正弦波振蕩電路小結(jié)2021/7/2426 8.2 電壓比較器電壓比較器8.2.1 概述概述功能：功能：比較兩個(gè)電壓的大小，在輸出端以不同電平表示。比較兩個(gè)電壓的大小，在輸出端以不同電平表示。要求：要求：鑒別準(zhǔn)確，反應(yīng)靈敏，動(dòng)作迅速，抗干擾能力強(qiáng)。鑒別準(zhǔn)確，反應(yīng)靈敏，動(dòng)作迅速，抗干擾能力強(qiáng)。電壓比較器中集成運(yùn)放工作狀態(tài)：電壓比較器中集成運(yùn)放工作狀態(tài)： 1、工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。、工作在開環(huán)或

17、正反饋狀態(tài)。 2、輸入輸出關(guān)系非線性。、輸入輸出關(guān)系非線性。虛短不成立?。ㄈ杂刑摂啵┨摱滩怀闪ⅲ。ㄈ杂刑摂啵┍容^器種類：單限比較器、滯回比較器、窗口比較器比較器種類：單限比較器、滯回比較器、窗口比較器2021/7/2427uP uN uo為高電平為高電平uP uN uo為低電平為低電平uP = uN uo狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換8.2.2 簡單電壓比較器簡單電壓比較器閾值閾值uT ：uo翻轉(zhuǎn)時(shí)所對應(yīng)的翻轉(zhuǎn)時(shí)所對應(yīng)的ui分析電壓傳輸特性：分析電壓傳輸特性：（1）輸出高、低電平）輸出高、低電平UOH、UOL（2）閾值電壓）閾值電壓UT（3）當(dāng)）當(dāng)uP經(jīng)過經(jīng)過 UT時(shí)，時(shí)，UO躍變方向躍變方向202

18、1/7/2428一、過零比較器一、過零比較器含輸出限幅電路的電壓比較器穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值不同 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值相同2021/7/2429二、單限比較器二、單限比較器REFINPURRRuRRRuu2122110REFREFNPURRURRRRRRuu12T212T211TU0UU0，求閾值電壓令ZOUu繪制電壓傳輸特性三要素1.依據(jù)限幅電路確定輸出高低電平。2.令u uP P = = u uN N求閾值電壓。3.根據(jù)u ui i輸入端與運(yùn)放的連接，確定輸出躍變方向。2021/7/2430單限比較器例題：單限比較器例題：輸特性。，畫出比較器的電壓傳求，已知TREF21U:2VU,5kRR6VZUVURRR

19、EF2U12TVUuZO5過零比較器過零比較器單限比較器單限比較器2021/7/24318.2.3 8.2.3 滯回比較器滯回比較器光檢測電路繼電器開關(guān)街燈VCCVREF光ZOUuZURRR211TU2021/7/24321. 當(dāng)輸出當(dāng)輸出uo為高電平為高電平uo=uz時(shí)，時(shí)，同相端受到同相端受到uz和和uREF同時(shí)作用同時(shí)作用21Z121REF22RRURRRURU T帶參考電壓的滯回比較器帶參考電壓的滯回比較器21Z121REF21RRURRRURU T2. 當(dāng)輸出當(dāng)輸出uo為為低低電平電平uo= -uz時(shí)，時(shí)，同相端受到同相端受到 -uz和和uREF同時(shí)作用同時(shí)作用2021/7/2433例：已知輸入和輸出波形，判斷是那種電壓比較器，畫出其電壓傳輸特性例：已知輸入和輸出波形，判斷是那種電壓比較器，畫出其電壓傳輸特性。VuO9VUT3結(jié)論：反相輸入，帶滯回結(jié)論：反相輸入，帶滯回特性的電壓比較器。特性的電壓比較器。2021/7/24348.2.4 8.2.4 窗口比較器窗口比較器特點(diǎn)：能檢測出輸入電壓是否在兩個(gè)給定電壓之間。特點(diǎn)：能檢測出輸入電壓是否在兩個(gè)給定電壓之間。ZOHOMOOMOR