模擬電子技術(shù) 清華華成英第四版 第八章

1、8.18.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路8.28.2 電壓比較器電壓比較器第八章第八章波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換8.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路8.1.1 正弦波振蕩電路的基礎(chǔ)知識(shí)8.1.2 RC正弦波振蕩電路8.1.3 LC正弦波振蕩電路8.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路tUU sin2ii 無(wú)外輸入信號(hào)，放大電路輸出端也有一個(gè)正弦波信無(wú)外輸入信號(hào)，放大電路輸出端也有一個(gè)正弦波信號(hào)號(hào)自激振蕩自激振蕩。(電路要引入正反饋電路要引入正反饋)一、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件一、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件ifXX1 AFFA）、 210(2nnFArgAArgFAArgFA幅值平衡條件幅

2、值平衡條件相位平衡條件相位平衡條件 + +ifXXOfiOXXXXFA1二、起振和穩(wěn)幅二、起振和穩(wěn)幅起振的條件：起振的條件：iX 稍大于稍大于即即FXXif穩(wěn)幅的條件：穩(wěn)幅的條件：ifXX即即1FXXiffX1 放大電路放大電路三、正弦波振蕩電路的組成三、正弦波振蕩電路的組成正弦波振蕩電路由四個(gè)部分組成正弦波振蕩電路由四個(gè)部分組成正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)+ +正弦波振蕩電路常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件來(lái)命名。正弦波振蕩電路常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件來(lái)命名。 包括：包括：變壓器反饋式變壓器反饋式、電感反饋式電感反饋式、電容反饋式電容反饋式。 產(chǎn)生產(chǎn)生H HZ Z MHMHZ Z 的

3、的低頻信號(hào)低頻信號(hào)。 石英晶體正弦波振蕩電路。石英晶體正弦波振蕩電路。RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路包括：包括：RCRC串并聯(lián)振蕩器串并聯(lián)振蕩器、RCRC移相式振蕩器移相式振蕩器。LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路產(chǎn)生產(chǎn)生MHZ MHZ 以上的以上的高頻信號(hào)高頻信號(hào)。四、正弦波振蕩電路的分類四、正弦波振蕩電路的分類振蕩頻率非常穩(wěn)定。振蕩頻率非常穩(wěn)定。 8.1.2 8.1.2 RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 只講只講RCRC橋式正弦波振蕩電路又稱為橋式正弦波振蕩電路又稱為文氏橋振蕩電路文氏橋振蕩電路。一、一、RCRC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)RRR21CCC21通常，選取通常，選

4、取OfUUF)1(31RCRCjf2帶入上式得出帶入上式得出CjRCjRCjR1/11/RCfO21令：22)31ffffFOO（)(31ffffarctgFArgOOF)31ffffjFOO（幅頻特性幅頻特性為：為：相頻特性相頻特性為：為：分析：分析：0ff 0F20ff 0F20ff 31F0分析：分析：0ff 0F20ff 0F20ff 31F00ff 當(dāng)31maxF0F二、二、RCRC橋式正弦波振蕩電路橋式正弦波振蕩電路起振條件起振條件311RRUUAffOu12RRf穩(wěn)幅條件穩(wěn)幅條件311RRUUAffOu12RRf如何實(shí)現(xiàn)？如何實(shí)現(xiàn)？能自行起振的電路能自行起振的電路1 1半導(dǎo)體半導(dǎo)

5、體熱敏電阻熱敏電阻選用選用R R1 1為正溫度系數(shù)的為正溫度系數(shù)的熱敏電阻熱敏電阻起振時(shí)起振時(shí)R Rf f2R2R1 1, , 使使A3,A3,易起振。易起振。當(dāng)當(dāng)u uo o增大，電流增大，增大，電流增大， R R1 1增大，達(dá)某一值時(shí)，增大，達(dá)某一值時(shí)， R Rf f=2R=2R1 1 ，A=3A=3。因此因此u uo o幅度自動(dòng)穩(wěn)定于幅度自動(dòng)穩(wěn)定于某一幅值某一幅值。也可選用也可選用R Rf f為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻能自行啟動(dòng)的電路能自行啟動(dòng)的電路2 2RF1+RF2略大于2R1,隨著uo的增加，RF2逐漸被短接，A自動(dòng)下降，輸出自動(dòng)被穩(wěn)定于某一幅值。將將R RF F

6、分為二個(gè)：分為二個(gè)：R RF1F1 和和R RF2 F2 ， R RF2F2并聯(lián)二極管并聯(lián)二極管能自行啟動(dòng)的電路能自行啟動(dòng)的電路3 3利用電流增大時(shí)二極管動(dòng)態(tài)電阻減小，電流減小時(shí)，二極管動(dòng)態(tài)電阻增大的特點(diǎn)，加入非線性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定，此時(shí)比例系數(shù)為11RrRAdfu三、判斷能否產(chǎn)生正弦波振蕩三、判斷能否產(chǎn)生正弦波振蕩振蕩電路的四個(gè)部分振蕩電路的四個(gè)部分合適的合適的Q Q點(diǎn)點(diǎn)滿足振蕩的幅值條件滿足振蕩的幅值條件滿足振蕩的相位條件滿足振蕩的相位條件很容易滿足很容易滿足為正反饋為正反饋例題例題: :R=1kR=1k ，C=0.1C=0.1 F F，R Rf f=10k=10k 。R RF F

7、為多大時(shí)為多大時(shí)振蕩振蕩才才能穩(wěn)定？振蕩頻率能穩(wěn)定？振蕩頻率f f0 0= =？Hz Hz uo_+ + RFRCRCRfAF=1，31F1fFRRAA=3=2 10=20k k RCf210=1592 Hz振蕩條件：振蕩條件：fF2RR 四、振蕩頻率可調(diào)的四、振蕩頻率可調(diào)的RCRC橋式正弦波振蕩電路橋式正弦波振蕩電路 例例8.1.1:8.1.1: 在圖在圖8.1.98.1.9所示電路中，已知電容的取值分別為所示電路中，已知電容的取值分別為0.01uF0.01uF，0.1uF,1uF, 10uF,0.1uF,1uF, 10uF,電阻電阻R=50R=50，電位器，電位器 試問(wèn)：試問(wèn)：f f0 0

8、 的調(diào)節(jié)范圍？的調(diào)節(jié)范圍？ KRW10RCfO21HzCRRfWO59. 1(21maxmin）解：解：因?yàn)椋篕HzHzRCfO31831800021minmaxf f0 0的調(diào)節(jié)范圍約為的調(diào)節(jié)范圍約為1.591.59HzHz318318kHzkHz（本題（本題5 5分）為使下圖所示的文氏電橋和集成運(yùn)分）為使下圖所示的文氏電橋和集成運(yùn)放放A A連接成一個(gè)正弦波振蕩電路，請(qǐng)將圖中連接成一個(gè)正弦波振蕩電路，請(qǐng)將圖中- - - - - - - -八點(diǎn)兩兩相連。并寫(xiě)出振蕩頻八點(diǎn)兩兩相連。并寫(xiě)出振蕩頻率的表達(dá)式。率的表達(dá)式。解：將圖中解：將圖中- -，- -，- -，- -兩兩相兩兩相連就能構(gòu)成文氏橋正

9、弦波振蕩電路。連就能構(gòu)成文氏橋正弦波振蕩電路。 （4 4分）分）RC21f（1 1分）分）振蕩頻率的表達(dá)式：振蕩頻率的表達(dá)式： 8.1.3 8.1.3 LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路LCLC正弦波振蕩電路包括：正弦波振蕩電路包括：變壓器反饋式、變壓器反饋式、電感反饋式、電感反饋式、電容反饋式電容反饋式變壓器反饋?zhàn)儔浩鞣答伿绞絃CLC正弦波正弦波振蕩電路振蕩電路一、一、LCLC諧振回路的頻率特性諧振回路的頻率特性諧振頻率：諧振頻率：R：回路損耗電阻：回路損耗電阻R wLY當(dāng)當(dāng)電路發(fā)生電路發(fā)生并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振。0)(22LRLCLjRCj1)()(2222LRLCjLRRLCLROO1)(1

10、12LCQ2111為品質(zhì)因數(shù)）（令QRLQoLC10LCf210根據(jù)引入反饋的方式不同，根據(jù)引入反饋的方式不同，LCLC正弦波振蕩電路分為正弦波振蕩電路分為三種電路。三種電路。變壓器反饋式、變壓器反饋式、電感反饋式電感反饋式、電容反饋式。電容反饋式。二、變壓器反饋式振蕩電路二、變壓器反饋式振蕩電路滿足正弦波振蕩的條件滿足正弦波振蕩的條件22222221110,21LLRMLLCLfi振蕩頻率優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：容易振蕩容易振蕩缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：能量損耗大，變壓器能量損耗大，變壓器器件笨重器件笨重例：分別標(biāo)出圖所例：分別標(biāo)出圖所示各電路中變壓器示各電路中變壓器的同名端，使之滿的同名端，使之滿足正弦波振蕩的相足

11、正弦波振蕩的相位條件。位條件。 三、電感反饋式振蕩電路三、電感反饋式振蕩電路( (電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式) )中間交流接地，首尾反向，中間交流接地，首尾反向，首或尾端交流接地，另兩端首或尾端交流接地，另兩端同向同向判定原則：判定原則：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 可調(diào)，振蕩頻率可可調(diào)，振蕩頻率可調(diào)，用于改變頻率的調(diào)，用于改變頻率的場(chǎng)合場(chǎng)合CLf210振蕩頻率：MLLL221缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：波形有一些高次諧波形有一些高次諧波的干擾波的干擾四、電容反饋式振蕩電路四、電容反饋式振蕩電路( (電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式) ) 中間交流接地，首尾反向，中間交流接地，首尾反向，首或尾端交流接地，另兩端首或尾端交流接地，另兩端同向同向

12、判定原則：判定原則：212102121CCCCLLCf振蕩頻率：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 波形較好，用于固定波形較好，用于固定振蕩頻率的場(chǎng)合振蕩頻率的場(chǎng)合 課后題：8.128.12 分別判斷圖P8.12所示各電路是否滿足正弦波振蕩的相位條件 8.2 電壓比較器電壓比較器8.2.1 概述概述8.2.2 單限比較器單限比較器8.2.3 滯回比較器滯回比較器8.2 電壓比較器電壓比較器 8.2.18.2.1 概述概述 1 1電壓比較器：電壓比較器：功能：功能：進(jìn)行輸入信號(hào)的比較進(jìn)行輸入信號(hào)的比較把任何輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成矩形信號(hào)把任何輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成矩形信號(hào)電壓傳輸特性電壓傳輸特性電壓比較器的輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)

13、系電壓比較器的輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系)(IOUfU 使使 從從 躍變?yōu)檐S變?yōu)?，或者從，或者從 躍變?yōu)檐S變?yōu)?的輸?shù)妮斎腚妷悍Q為入電壓稱為閾值電壓閾值電壓，或，或轉(zhuǎn)折電壓轉(zhuǎn)折電壓，記做，記做 。OLUOHUOHUOLUTUouOHU 為了正確畫(huà)出電壓傳輸特性，必須求出以下三個(gè)要素：為了正確畫(huà)出電壓傳輸特性，必須求出以下三個(gè)要素： 輸出電壓高電平和低電平的數(shù)值輸出電壓高電平和低電平的數(shù)值 和和 。OLU 閾值電壓的數(shù)值閾值電壓的數(shù)值TU 當(dāng)當(dāng) 變化且經(jīng)過(guò)變化且經(jīng)過(guò) 時(shí)，時(shí)， 躍變的方向，即是從躍變的方向，即是從 躍躍變?yōu)樽優(yōu)?，還是，還是 從躍為從躍為 。IUTUouOHUOLUOLUOH

14、U3.3.電壓比較器種類電壓比較器種類(1)(1)單限比較器（只有一個(gè)單限比較器（只有一個(gè)閾值閾值）(2)(2)滯回比較器滯回比較器（有兩個(gè)閾值）（有兩個(gè)閾值）(3)(3)窗口比較器（不講）窗口比較器（不講）VUT0 8.2.28.2.2 單限比較器單限比較器一、過(guò)零比較器一、過(guò)零比較器過(guò)零過(guò)零比較器，顧名思義，其閾值電壓比較器，顧名思義，其閾值電壓三個(gè)要素：三個(gè)要素：VUT0最大值和最小值分別為最大值和最小值分別為OMOHUUOMOLUUou的躍變方向的躍變方向OMOiUuu , 0OMOiUuu , 0問(wèn)題：如將輸入信號(hào)加在問(wèn)題：如將輸入信號(hào)加在“+”端，傳輸特性如何？端，傳輸特性如何？u

15、oui0+UOM-UOM同相過(guò)零比較器同相過(guò)零比較器 實(shí)用電路實(shí)用電路圖中圖中R R為限流電阻為限流電阻傳輸特性傳輸特性u(píng)IuO+UOpp - -UOppO+UZ- -UZ利用穩(wěn)壓管限幅的過(guò)零比較器利用穩(wěn)壓管限幅的過(guò)零比較器問(wèn)題：?jiǎn)栴}：過(guò)零比較器如圖所示，過(guò)零比較器如圖所示，輸入為正弦波時(shí)，輸出波形是輸入為正弦波時(shí)，輸出波形是怎樣的？怎樣的？vIOT 2 3 4 ttvOVOHOVOL傳輸特性傳輸特性u(píng)IuO+UOM - -UOMO+UZ- -UZ將正弦波變?yōu)榫匦尾▽⒄也ㄗ優(yōu)榫匦尾ǘ?閾值不為零的單限比較器閾值不為零的單限比較器OMORiUUUU,OMORiUUUU,三個(gè)要素：三個(gè)要素：R

16、TUU 最大值和最小值分別為最大值和最小值分別為OMOHUUOMOLUUou的躍變方向的躍變方向三、一般單限比較器三、一般單限比較器REFiNURRRuRRRU212211)0(12REFREFiTUURRuU解：求解三個(gè)要素：解：求解三個(gè)要素：TU最大值和最小值分別為最大值和最小值分別為OZOHUUOZOLUUou的躍變方向的躍變方向求解此單限比較器的電壓傳輸特性求解此單限比較器的電壓傳輸特性？0Pu0PNuu令0212211REFiURRRuRRRuIuO+UOM- -UOMO+UZ- -UZREF12URR單門限比較器的單門限比較器的作用作用：檢測(cè)輸入的模擬信號(hào)：檢測(cè)輸入的模擬信號(hào)是否達(dá)

17、到某一給定電平。是否達(dá)到某一給定電平。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：抗干擾能力差。：抗干擾能力差。解決辦法解決辦法： 采用具有采用具有滯回滯回傳輸特性的比較器。傳輸特性的比較器。電壓比較器分析方法小結(jié)電壓比較器分析方法小結(jié)（1）由限幅電路確定電壓比較器的輸出高電平）由限幅電路確定電壓比較器的輸出高電平UOH和輸出低電平和輸出低電平UOL 。（2）寫(xiě)出）寫(xiě)出up和和uN的電位表達(dá)式，令的電位表達(dá)式，令up=uN ，解得輸，解得輸入電壓就是閾值電壓入電壓就是閾值電壓UT。（3） u0在在uI 過(guò)過(guò)UT時(shí)的躍變方向決定于作用于集時(shí)的躍變方向決定于作用于集成運(yùn)放的哪個(gè)輸入端。成運(yùn)放的哪個(gè)輸入端。當(dāng)當(dāng)uI從反向輸入端輸入時(shí)

18、，從反向輸入端輸入時(shí)，uIUT ,u0=U0L 。反之，結(jié)論相反。反之，結(jié)論相反。 8.2.38.2.3 滯回比較器滯回比較器計(jì)算閾值電壓計(jì)算閾值電壓UTZ211TURRRUuo從從+ +UZ躍變到躍變到- -UZ的的 閾值電壓為閾值電壓為+UTuo從從- -UZ躍變到躍變到+ +UZ的的 閾值電壓為閾值電壓為-UTuI在在-UT與與+UT之間增加或減之間增加或減小小, uO不發(fā)生變化不發(fā)生變化+UZuIuO - -UZOUT- -UT+ +tuiUom-UomtuiUT-UT如圖所示：如圖所示：輸入為正弦波輸入為正弦波1R例：若將電阻例：若將電阻 的接地端接參考電壓求解此滯回比較器的的接地端

19、接參考電壓求解此滯回比較器的電壓傳輸特性電壓傳輸特性ZRPURRRURRRu211212)0(211212RZRTHUURRRURRRU解：三個(gè)要素：解：三個(gè)要素：TU最大值和最小值分別為最大值和最小值分別為OZOHUUOZOLUU？ou的躍變方向的躍變方向iNuu令令NPuu 滯回滯回比較器的特點(diǎn)：比較器的特點(diǎn)：上升與下降過(guò)程中的閾值不同上升與下降過(guò)程中的閾值不同 正反饋使正反饋使u uo o跳變過(guò)程加快跳變過(guò)程加快兩個(gè)閾值的差叫回差兩個(gè)閾值的差叫回差回差越大，抗干擾性越強(qiáng)回差越大，抗干擾性越強(qiáng)輸入由小變大時(shí)的閾值一定大于輸入由大變小時(shí)的閾值輸入由小變大時(shí)的閾值一定大于輸入由大變小時(shí)的閾值

20、例例: :在如圖所示的電路中，已知在如圖所示的電路中，已知 ，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓 ，輸入電壓，輸入電壓u ui i波形如圖波形如圖 (a)(a)所示所示, ,試試 畫(huà)出畫(huà)出u uo o的波形的波形。1250100RkRk9ZUv (a)12250( 9 )350 100TZRUUvvRR 解解: :閥值電壓閥值電壓輸出高電平和低電輸出高電平和低電平分別為平分別為 9ZUvou的躍變方向的躍變方向12250( 9 )350 100TZRUUvvRR 例例設(shè)計(jì)一個(gè)電壓比較器設(shè)計(jì)一個(gè)電壓比較器, ,使其電壓輸出特性如圖使其電壓輸出特性如圖 (a)(a)所示所示, ,要求所用的電阻阻值在

21、要求所用的電阻阻值在 之間之間。圖圖 (a)(a)電壓傳輸特性電壓傳輸特性k10020(b)(b)所設(shè)計(jì)電路所設(shè)計(jì)電路 解解: :,6vUuZOVRRURRUuURRRuRRRuZTHNZiP3602121211212故若取若取R R1 1=25K=25K，R R2 2應(yīng)取應(yīng)取50K50K，若取若取R R1 1=50K=50K，R R2 2應(yīng)取應(yīng)取100K100K。vUTH3 R2=2R1本章小結(jié)本章小結(jié) 熟練掌握電路產(chǎn)生正弦波振蕩的幅值條件和相位熟練掌握電路產(chǎn)生正弦波振蕩的幅值條件和相位平衡條件，以及平衡條件，以及RC橋式正弦波振蕩電路的組成、起振橋式正弦波振蕩電路的組成、起振條件和振蕩頻率

22、。條件和振蕩頻率。了解變壓器反饋式、電感反饋式、了解變壓器反饋式、電感反饋式、電容反饋式正弦波振蕩電路的工作原理，電容反饋式正弦波振蕩電路的工作原理，并能夠根據(jù)并能夠根據(jù)相位平衡條件正確判斷電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩。相位平衡條件正確判斷電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩。 理解典型電壓比較器的電路組成，會(huì)根據(jù)三要理解典型電壓比較器的電路組成，會(huì)根據(jù)三要素法畫(huà)電壓傳輸特性。素法畫(huà)電壓傳輸特性。（本題（本題1010分）一電壓比較器電路及參數(shù)如圖所示。請(qǐng)求出分）一電壓比較器電路及參數(shù)如圖所示。請(qǐng)求出該電路的閾值電壓，畫(huà)出電壓傳輸特性曲線，并說(shuō)明是何該電路的閾值電壓，畫(huà)出電壓傳輸特性曲線，并說(shuō)明是何種類型的電壓比較器種類型的電壓比較器 INREF212O211PuuURRRuRRRu 2 2解：所示電路為反相輸入的滯回比較器解：所示電路為反相輸入的滯回比較器 （3 3分）分）u uO OU UZ Z6V6V。令。令 求出閾值電壓：求出閾值電壓：U UT1T10 V 0 V U UT2T24 V 4 V （2 2分）分）電壓傳輸特性曲線如圖