波形的產(chǎn)生與變換電路ppt課件

1、第八章第八章 波形的產(chǎn)生與變換電路波形的產(chǎn)生與變換電路8.1 正弦波振蕩的根本原理正弦波振蕩的根本原理8.2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路8.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路8.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路8.5 比較器比較器8.6 方波發(fā)生器方波發(fā)生器8.7 三角涉及鋸齒波發(fā)生器三角涉及鋸齒波發(fā)生器一一. 產(chǎn)生自激振蕩的條件產(chǎn)生自激振蕩的條件fidXXX-=改成正反響改成正反響只需正反響電路才干產(chǎn)生自激振蕩。只需正反響電路才干產(chǎn)生自激振蕩。8.1 正弦波振蕩器的根本原理正弦波振蕩器的根本原理+Xi f根本放大器根本放大器A反響網(wǎng)絡(luò)反響網(wǎng)絡(luò)FX+doXX假設(shè)：假設(shè)：,ifXX=

2、那么去掉那么去掉,iX仍有信號(hào)輸出。仍有信號(hào)輸出。反響信號(hào)替代了放大反響信號(hào)替代了放大電路的輸入信號(hào)。電路的輸入信號(hào)。Xi +f根本放大器根本放大器A反響網(wǎng)絡(luò)反響網(wǎng)絡(luò)FX+doXXXdof根本放大器根本放大器A反響網(wǎng)絡(luò)反響網(wǎng)絡(luò)FXXFA=1Xd=Xf所以，自激振蕩條件也可以寫(xiě)成：所以，自激振蕩條件也可以寫(xiě)成：自激振蕩的條件：自激振蕩的條件：1振幅條件：振幅條件：1|=AF2相位條件：相位條件：pjjnFA2=+n是整數(shù)是整數(shù)1.=FAAAAj=|由于：由于：FFFj=|.動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示Xdof根本放大器根本放大器A反響網(wǎng)絡(luò)反響網(wǎng)絡(luò)FXX二二.起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件：起振

3、條件：結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩1|FA略大于略大于1 1、被動(dòng)：器件非線性、被動(dòng)：器件非線性2 2、自動(dòng)：在反響網(wǎng)絡(luò)中參與非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)理、自動(dòng)：在反響網(wǎng)絡(luò)中參與非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)理放大電路的增益放大電路的增益穩(wěn)幅過(guò)程：穩(wěn)幅過(guò)程：起振時(shí)，起振時(shí)，1|FA穩(wěn)定振蕩時(shí)，穩(wěn)定振蕩時(shí)，1|=FA穩(wěn)幅措施：穩(wěn)幅措施：起振過(guò)程起振過(guò)程Xdof根本放大器根本放大器A反響網(wǎng)絡(luò)反響網(wǎng)絡(luò)FXX1.1.放大電路放大電路2.2.正反響網(wǎng)絡(luò)正反響網(wǎng)絡(luò)3.3.選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)只對(duì)一個(gè)頻率滿足振蕩條件只對(duì)一個(gè)頻率滿足振蕩條件，從而獲得單一頻率的正弦波輸出。，從而獲得單一頻率的正弦波輸出。 常用的選頻

4、網(wǎng)絡(luò)有常用的選頻網(wǎng)絡(luò)有RCRC選頻和選頻和LCLC選頻選頻4.4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)使電路易于起振又能穩(wěn)定振使電路易于起振又能穩(wěn)定振蕩，波形失真小。蕩，波形失真小。三三. .正弦波振蕩器的普通組成正弦波振蕩器的普通組成8 . 2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路一一. RC 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R1C1 串聯(lián)阻抗：串聯(lián)阻抗：212ofZZZUUF+=)j/1 (111CRZ+=222222j1 )j/1/(CRRCRZ+=R2C2 并聯(lián)阻抗：并聯(lián)阻抗：選頻特性：選頻特性：+Ru+-o-fu+12RC12C1.定性分析：定性分析：1當(dāng)信號(hào)的頻率很低時(shí)。當(dāng)信號(hào)的頻率很低時(shí)。R11

5、1CR221C其低頻等效電路為：其低頻等效電路為：其頻率特性為：其頻率特性為：當(dāng)當(dāng)=0時(shí)，時(shí)，uf=0，F(xiàn)=0 =+90Fj當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，uf=，F(xiàn) Fj+fo-+R21u-uC+0 |F|0 F902當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)。當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)。R111CR221C其高頻等效電路為：其高頻等效電路為：其頻率特性為：其頻率特性為：當(dāng)當(dāng)=時(shí)，時(shí)，uf=0，F(xiàn)=0 =-90Fj當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，uf=，F(xiàn) Fj+ou-f-u+2C+1R0 |F|0 F-900=？ Fmax=？由以上分析知：一定有一個(gè)頻率由以上分析知：一定有一個(gè)頻率0存在，存在，當(dāng)當(dāng)=0時(shí)，時(shí)，F(xiàn)最大，且最大，且 =0Fj0 |F|0 F900

6、 |F|0 F-902. 定量分析定量分析)j/1(111CRZ + += =222222j1 )j/1/(CRRCRZ + += = =R1C1 串聯(lián)阻抗：串聯(lián)阻抗：R2C2 并聯(lián)阻抗：并聯(lián)阻抗：212ofZZZUUF+ += = =頻率特性：頻率特性：+Ru+-o-fu+12RC12C)1j()1(1j1j1j11221211222211222CRCRRRCCCRRCRCRRF - -+ + + += =+ + + + += = 通常，取通常，取R1R2R，C1C2C，那么有：，那么有：)j(3100 - -+ += = F式中：式中：RC10= = 可見(jiàn)：當(dāng)可見(jiàn)：當(dāng) 時(shí)，時(shí)， F最大，且

7、最大，且 =0RC10=Fj Fmax=1/3RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完好的頻率特性曲線：串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完好的頻率特性曲線：RC10= = 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， F= Fmax=1/30F=jRC10=RCfp p210= = Fo +90o |F|1/3二二.RC橋式振蕩器的任務(wù)原理：橋式振蕩器的任務(wù)原理：0=Aj在在 f0 處處,0=Fj滿足相位條件：滿足相位條件：由于：由于：AF=131=F11f+=RRA1f2RR =只需：只需：A=3輸出正弦波頻率：輸出正弦波頻率：RCfp210=0=+FAjj振幅條件：振幅條件：uRf1RRRCCufA+o引入負(fù)反響：引入負(fù)反響：選：選：例題例題:R=1k:R=1k，

8、C=0.1C=0.1F F，R1=10kR1=10k。RfRf為多大時(shí)為多大時(shí)才干起振？振蕩頻率才干起振？振蕩頻率f0=f0=？ AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=210=20k RCfp210=1592 Hz起振條件：起振條件：uRf1RRRCCufA+o能自動(dòng)穩(wěn)幅的振蕩電路能自動(dòng)穩(wěn)幅的振蕩電路半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)起振時(shí)起振時(shí)Rt較較大大 使使A3,易易起振。起振。 當(dāng)當(dāng)uo幅度自幅度自激增長(zhǎng)時(shí)，激增長(zhǎng)時(shí)， Rt減小，減小，A減減小。小。 當(dāng)當(dāng)uo幅度達(dá)幅度達(dá)某一值時(shí)，某一值時(shí)， A3。 當(dāng)當(dāng)uo進(jìn)一步進(jìn)一步增大時(shí)，增大時(shí)， RT再減小再減小

9、 ,使使A UREF時(shí)時(shí) , uo = +Uom當(dāng)當(dāng)ui UREF時(shí)時(shí) , uo = -Uom 運(yùn)放處于運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)形狀開(kāi)環(huán)形狀uuU+i-uuAOREFuoui0+Uom-UomUREF當(dāng)當(dāng)ui UREF時(shí)時(shí) , uo = -Uom 假設(shè)假設(shè)ui從反相端輸入從反相端輸入uuu-+ui+OA+uoui0+UZ-UZ1用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓忽略了忽略了UD3. 限幅電路限幅電路使輸出電壓為一穩(wěn)定確實(shí)定值使輸出電壓為一穩(wěn)定確實(shí)定值uuZ+O+-AuZ+DuRi當(dāng)當(dāng)ui 0時(shí)時(shí) , uo = +UZ當(dāng)當(dāng)ui 0時(shí)時(shí) , uo = -UZ當(dāng)當(dāng)ui 0時(shí)時(shí) , uo = +UZ 二二.

10、 遲滯比較器遲滯比較器1.任務(wù)原理任務(wù)原理兩個(gè)門(mén)限電壓。兩個(gè)門(mén)限電壓。特點(diǎn)特點(diǎn):電路中運(yùn)用正反響電路中運(yùn)用正反響運(yùn)放任務(wù)在非線性區(qū)。運(yùn)放任務(wù)在非線性區(qū)。1當(dāng)當(dāng)uo =+UZ時(shí)，時(shí)，2當(dāng)當(dāng)uo =-UZ時(shí)，時(shí)，REFZURRRURRRUu2ff2f2T+ + + += = =+ + +REFZURRRURRRUuf2ff22T+ + + +- -= = =- -+ +UT+稱上門(mén)限電壓稱上門(mén)限電壓UT-稱下門(mén)限電壓稱下門(mén)限電壓UT+- UT-稱為回差電稱為回差電壓壓uuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R2遲滯比較器的電壓傳輸特性：遲滯比較器的電壓傳輸特性：uoui0+UZ-UZUT+U

11、T-設(shè)設(shè)ui , 當(dāng)當(dāng)ui = UT+時(shí)時(shí), uo從從+UZ -UZuuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R2例題：例題：Rf=10k，R2=10k ，UZ=6V， UREF=10V。當(dāng)輸入當(dāng)輸入ui為如下圖的波形時(shí)，畫(huà)為如下圖的波形時(shí)，畫(huà) 出輸出出輸出uo的波形。的波形。上下限：上下限：V82ff2f2T= =+ + + += =+ +RZURRRURRRUV32ff2f2T= =+ + + +- -= =- -RZURRRURRRUuoui08V3V傳輸特性傳輸特性+6V-6VuuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R23V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V傳輸特性傳

12、輸特性+6V-6VuuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R21.電路構(gòu)造電路構(gòu)造由滯回比較電路和由滯回比較電路和RC定時(shí)電路構(gòu)成定時(shí)電路構(gòu)成ZURRRUf11T+ += =+ +ZURRRUf11T+ +- -= =- -上下限上下限:8.6 方波發(fā)生器方波發(fā)生器u+A+-u+u1RfRZRZDORCuC2.任務(wù)原理：任務(wù)原理：(1) 設(shè)設(shè) uo = + UZ , 此時(shí)，此時(shí)，uO給給C 充電充電, uc ，那么：那么：u+=UT+u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦一旦 uc UT+ , 就有就有 u- u+ , uo 立刻由立刻由UZ變成變成UZ 。在在 uc UT+

13、 時(shí)，時(shí)， u- u+ , 設(shè)設(shè)uC初始值初始值uC(0+)= 0方波發(fā)生器方波發(fā)生器uo堅(jiān)持堅(jiān)持+UZ不變不變+UZu+A+-u+u1RfRZRZDORCuC此時(shí)，此時(shí)，C C向向uOuO放電放電, ,再反向充電再反向充電(2) 當(dāng)當(dāng)uo = -UZ 時(shí)，時(shí)，u+=UT-uc到達(dá)到達(dá)UT-時(shí)，時(shí)，uo上跳。上跳。UT+uctUT-當(dāng)當(dāng)uo uo 重新回到重新回到UZ UZ 后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化。后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化。-UZu+A+-u+u1RfRZRZDORCuC0UT+uctUT-+UZuo0t - UZT完好的波形：完好的波形：動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示計(jì)算振蕩周期計(jì)算振蕩

14、周期T。u+A+-u+u1RfRZRZDORCuCEWB演示演示方波發(fā)生器方波發(fā)生器周期與頻率的計(jì)算：周期與頻率的計(jì)算：0 UT+uct UT- +UZ -UZT1T2TT= T1 + T2 =2 T2 uc(t)=UC ()+ UC (0+) -UC () e ,=RC-t T2階段階段uc(t)的過(guò)渡過(guò)程方程為的過(guò)渡過(guò)程方程為:)21ln(2f1RRRCT+ += =f = 1/T可推出可推出:u+A+-u+u1RfRZRZDORCuC3 3、占空比可調(diào)的方波發(fā)生器、占空比可調(diào)的方波發(fā)生器UZuo0t- UZ 改動(dòng)電位器改動(dòng)電位器 RW RW 的滑動(dòng)端，就改動(dòng)了沖放電的的滑動(dòng)端，就改動(dòng)了沖

15、放電的時(shí)間，從而使方波的占空比可調(diào)。時(shí)間，從而使方波的占空比可調(diào)。u+A+-u+u1RfRZRZD1D2DORWRCuC8.7 三角涉及鋸齒波信號(hào)發(fā)生器三角涉及鋸齒波信號(hào)發(fā)生器電路構(gòu)造：遲滯比較器電路構(gòu)造：遲滯比較器+反相積分器反相積分器一一. 三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器u+R+A1+RZ-2ZDu4Ro2+R1R35RCuuo1A2任務(wù)原理：任務(wù)原理：假設(shè)假設(shè)uo1=+UZ， uo2， u+ 。)(0dt12o01o42o+ + +- -= = uuCRut2o2121o211uRRRuRRRu+ + + += =+ + 當(dāng)當(dāng)u+ 0時(shí)，時(shí)， uo1翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為-UZ。假設(shè)假設(shè)uo1=-UZ，

16、 uo2， u+ 。 當(dāng)當(dāng)u+ 0時(shí)，時(shí)， uo1翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為+UZ。波形圖波形圖振蕩周期：振蕩周期：0UT+uo2tUT-+UZuo10t - UZTuR-+Z+uRR+12A1u4R+CA2RZD5+uo1o2ZTURRU21= =+ +ZTURRU21- -= =- -2414RCRRT = = 二二.鋸齒波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器改動(dòng)積分器的正反向改動(dòng)積分器的正反向充電時(shí)間常數(shù)充電時(shí)間常數(shù)uZo1Ro23Zu+RR5+Du4uRA1-R+1A2+2C+RD6Ruo1=+UZ，D截止，充電截止，充電時(shí)間常數(shù)：時(shí)間常數(shù)：R4C。uo1=-UZ，D導(dǎo)通，充電導(dǎo)通，充電時(shí)間常數(shù)：時(shí)間常數(shù)：(R6R4

17、)C。+UZuo10t - UZ R6R4本章小結(jié)本章小結(jié)1正弦波振蕩的條件：正弦波振蕩的條件： AF=1 振幅條件振幅條件 相位條件相位條件pjjn2FA=+正弦波振蕩電路由放大器、反響網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)構(gòu)成。正弦波振蕩電路由放大器、反響網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)構(gòu)成。2正弦波振蕩電路主要有正弦波振蕩電路主要有RC振蕩電路和振蕩電路和LC振蕩電路兩種。振蕩電路兩種。RC振蕩振蕩電路主要用于中低頻場(chǎng)所，電路主要用于中低頻場(chǎng)所，LC振蕩電路主要用于高頻場(chǎng)所。石英晶體振蕩電路主要用于高頻場(chǎng)所。石英晶體振蕩電路是一種特殊的振蕩電路是一種特殊的LC振蕩電路，其特點(diǎn)是具有很高的頻率穩(wěn)定性振蕩電路，其特點(diǎn)是具有很高的頻率穩(wěn)定性。3當(dāng)運(yùn)放開(kāi)環(huán)任務(wù)或引入正反響時(shí)，運(yùn)放任務(wù)在非線性形狀。其分析當(dāng)運(yùn)放開(kāi)環(huán)任務(wù)或引入正反響時(shí)，運(yùn)放任務(wù)在非線性形狀。其分析方法為：方法為： 假設(shè)假設(shè)