模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第6章波形的產(chǎn)生與變換電路課件

1、Chapter 6 波形的產(chǎn)生與變換Chapter 6 波形的產(chǎn)生與變換2波形產(chǎn)生與變換是電子技術(shù)中廣泛使用的電路。波形產(chǎn)生電路：在無外加輸入信號(hào)的情況下，能自動(dòng)產(chǎn)生一定波形、一定頻率和幅值的交流信號(hào)。波形變換電路：能把外加輸入信號(hào)的波形變換成指定的適合于系統(tǒng)應(yīng)用和處理的波形。波形產(chǎn)生電路正弦波產(chǎn)生電路：廣泛應(yīng)用于通訊、廣播、電視等系統(tǒng)。非正弦波產(chǎn)生電路：如矩形波、三角波、鋸齒波。廣泛應(yīng)用于測量設(shè)備、數(shù)字系統(tǒng)和自控系統(tǒng)。2波形產(chǎn)生與變換是電子技術(shù)中廣泛使用的電路。波形產(chǎn)生電路：在3波形的產(chǎn)生與變換正弦波振蕩電路電壓比較器非正弦波振蕩電路3波形的產(chǎn)生與變換正弦波振蕩電路電壓比較器非正弦波振蕩電路

2、4正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路的工作原理RC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路石英晶體振蕩器4正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路的工作原理56.1 正弦波振蕩電路的工作原理在振蕩電路中，是利用正反饋產(chǎn)生自激振蕩。但正反饋的引入只是為振蕩提供了必要條件，而非充分條件。1、正弦波振蕩電路產(chǎn)生振蕩的條件若，則環(huán)路輸出可得到持續(xù)穩(wěn)定的正弦波。56.1 正弦波振蕩電路的工作原理在振蕩電路中，是利用正反饋6由得正弦波振蕩電路產(chǎn)生振蕩的條件 幅度平衡條件：相位平衡條件：注意：負(fù)反饋放大器的自激條件為與上式差一負(fù)號(hào)，這是由于輸入端規(guī)定的反饋信號(hào)正方向不同所造成的。6由得正弦波振蕩電路產(chǎn)生振蕩的條件 幅度平衡條件：相位

3、72、振蕩的建立和穩(wěn)定1）起振 實(shí)際振蕩電路不需外部激勵(lì)信號(hào)，以內(nèi)部噪聲或外部干擾作輸入信號(hào)，經(jīng)放大后再反饋，周而復(fù)始使電路開始振蕩。2）選頻 為了得到頻率為fo的正弦振蕩，可用選頻網(wǎng)絡(luò)從噪聲和干擾中選出頻率為fo的成分，并使整個(gè)振蕩電路只對(duì)fo滿足等幅振蕩條件。3）穩(wěn)幅 從噪聲和干擾中選出的fo分量幅度很小，起振過程應(yīng)使振蕩電路增幅振蕩，即當(dāng)幅度足夠大后，再繼續(xù)增幅，將出現(xiàn)非線性失真，則需振蕩器幅度穩(wěn)定。故在振蕩電路中要有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。72、振蕩的建立和穩(wěn)定1）起振 實(shí)際振蕩電路不需外部激83、電路組成 放大電路正反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)幅電路按組成選頻網(wǎng)絡(luò)的元件不同： RC正弦波振蕩電路 LC正弦波

4、振蕩電路 石英晶體正弦波振蕩電路4、正弦波振蕩電路的分類正弦波振蕩電路應(yīng)具備下述四個(gè)功能的部分組成：83、電路組成 放大電路按組成選頻網(wǎng)絡(luò)的元件不同：4、9 判斷電路能否振蕩一般要經(jīng)過以下幾步：1)檢查電路是否具有放大、反饋、選頻網(wǎng)絡(luò)三個(gè)組成部分。2)檢查放大器有無能穩(wěn)定工作點(diǎn)的偏置電路，放大器能否正常放大。3)分析是否滿足相位和振幅平衡條件。對(duì)于一般的振蕩電路來講，可以認(rèn)為振幅平衡條件是滿足的。只需判斷是否滿足相位平衡條件，即是否引入了正反饋。具體做法是：斷開反饋信號(hào)至放大器的連接點(diǎn)，假設(shè)從該點(diǎn)引人輸入信號(hào)Vi，極性為+，根據(jù)放大器的相位關(guān)系來判斷所得反饋信號(hào)Vf的極性。如果Vf的極性為+，

5、即為正反饋，滿足相位平衡條件，電路可以產(chǎn)生振蕩；如果Vf的極性為-，即為負(fù)反饋，不滿足相位平衡條件，電路就不能產(chǎn)生振蕩。9 判斷電路能否振蕩一般要經(jīng)過以下幾步：106.2 RC正弦波振蕩電路1、文氏電橋（RC串并聯(lián)）振蕩器同相比例放大電路Z1、Z2、 R3 與R4形成四個(gè)橋臂RC選頻網(wǎng)絡(luò)，兼正反饋網(wǎng)絡(luò)106.2 RC正弦波振蕩電路1、文氏電橋（RC串并聯(lián)）振111）RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性111）RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性12幅頻特性：相頻特性：當(dāng)=o時(shí)，電路達(dá)到諧振，電路呈“電阻性”，此時(shí)幅值最大12幅頻特性：相頻特性：當(dāng)=o時(shí)，電路達(dá)到諧振，幅值最大132）起振條件及振蕩頻率RC網(wǎng)絡(luò)諧振時(shí)滿

6、足自激振蕩的相位平衡條件。振蕩頻率：由同相放大電路：由幅度起振條件：由選頻網(wǎng)絡(luò)可知，諧振時(shí)：或132）起振條件及振蕩頻率RC網(wǎng)絡(luò)諧振時(shí)滿足自激振蕩的相位平143）穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 為了改善振蕩波形，一般采用外穩(wěn)幅電路。UoIR4PR4TR4R4Uo也可采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻作R3。R4采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻，可起穩(wěn)幅作用143）穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 為了改善振蕩波形，一般采用外穩(wěn)幅電路152、RC移相式正弦波振蕩器移相網(wǎng)絡(luò)采用RC移相器（最大移相90） 。超前移相滯后移相反相放大電路在通頻帶內(nèi)的移相為180。三節(jié)RC電路為移相兼反饋網(wǎng)絡(luò)，對(duì)某一頻率可實(shí)現(xiàn)180相移，從而滿足振蕩條件。振蕩頻率：152、RC移相

7、式正弦波振蕩器移相網(wǎng)絡(luò)采用RC移相器（最大移16優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單。缺點(diǎn)：選頻作用較差；頻率調(diào)節(jié)不方便；輸出波形較差。一般用于振蕩頻率固定且穩(wěn)定性要求不高的場合。16優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單。缺點(diǎn)：一般用于振蕩頻率固定且穩(wěn)定性要求不17結(jié)論：RC正弦波振蕩器只能用作低頻振蕩器。振蕩頻率的范圍：1Hz 幾MHz例如，橋式振蕩器。選R=1k，C=200pF，則 fo=796Hz RC正弦波振蕩器的振蕩頻率取決于R、C的數(shù)值。若提高振蕩頻率fo ，必須選擇較小的R和C值。foR基本放大電路的負(fù)載加重；C受到管子結(jié)電容和分布電容的限制。當(dāng)振蕩頻率高于1MHz時(shí)，采用LC正弦波振蕩器。17結(jié)論：例如，橋式振蕩器。 R

8、C正弦波振蕩器的振蕩頻186.3 LC正弦波振蕩電路LC選頻電路變壓器反饋式振蕩電路電感反饋式（電感三點(diǎn)式）振蕩電路電容反饋式（電容三點(diǎn)式）振蕩電路186.3 LC正弦波振蕩電路LC選頻電路19一般R L，則1、LC并聯(lián)諧振電路的選頻特性19一般R R，故近似認(rèn)為石英晶體對(duì)于fs 呈純阻性。 當(dāng)f fs時(shí)，LCR支路呈感性，與Co產(chǎn)生并聯(lián)諧振，等效為很大的純電阻。串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率324）阻抗特性 當(dāng)f = fs時(shí)，LCR支路發(fā)生串聯(lián)諧331）串聯(lián)型 利用f = fs時(shí)，石英晶體呈純阻性，相移為0的特性構(gòu)成。2）并聯(lián)型 當(dāng)頻率在fs與fp之間（ fsfp ），石英晶體相當(dāng)于電感。3、石英

9、晶體正弦波振蕩電路若首端或尾端交流接地，則其他兩 端相位相同331）串聯(lián)型 利用f = fs時(shí)，石英晶體呈純阻性，相34 6.5 電壓比較器 比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較的電路。其輸出表示比較結(jié)果，只有兩種可能的狀態(tài)：高電平或低電平。 比較器的輸入信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，而輸出信號(hào)則是高、低電平。所以，比較器可作為模擬電路和數(shù)字電路的“接口”，廣泛地應(yīng)用于A/D變換、數(shù)字儀表、自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測等技術(shù)領(lǐng)域，此外還可以用于非正弦波形的產(chǎn)生和變換電路。34 6.5 電壓比較器 比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)35 比較器可用通用的集成運(yùn)放組成，也可采用專用集成比較器。常用的比較器類型有

10、：單門限比較器、遲滯(滯回)比較器、窗口比較器等。 由集成運(yùn)放構(gòu)成的比較器，運(yùn)放通常工作在開環(huán)狀態(tài)或者引入正反饋，此時(shí)運(yùn)放工作在非線性區(qū)。虛斷：ii0uu時(shí)，uoUom或uoUZuu時(shí)，uoUom或uoUZ35 比較器可用通用的集成運(yùn)放組成，也可采用專用集成比較366.5.1 單門限比較器1、過零比較器1）工作原理當(dāng)ui0時(shí)，uo=+Uom；當(dāng)ui0 時(shí)，uo=Uom；運(yùn)放開環(huán)工作。ui與u+相比較。電壓傳輸特性波形變換366.5.1 單門限比較器1、過零比較器1）工作原理當(dāng)372）門限電壓(閾值） 當(dāng)比較器的輸出電壓由一種狀態(tài)跳變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時(shí)相對(duì)應(yīng)的輸入電壓稱門限電壓UT。門限電壓UT =

11、 0如何求門限值? 列出集成運(yùn)放同相輸入端（u）和反相輸入端（u）電位的表達(dá)式，令它們相等，求出的輸入電壓即為閾值電壓。372）門限電壓(閾值） 當(dāng)比較器的輸出電壓由一種狀383）帶限幅的比較器輸出電壓幅度限制在某一范圍。383）帶限幅的比較器輸出電壓幅度限制在某一范圍。39令u= u+若即u+ u-則uo = +Uz2、任意電平比較器39令u= u+若即u+ 0 設(shè)電源接通時(shí)，uo1=+UZ，D截止，C充電，uo從零開始線性下降u+隨之下降，當(dāng)u+降至零時(shí)，uo1跳變?yōu)?UZ，(同時(shí)u+跳變成一個(gè)負(fù)值),二極管導(dǎo)通，電容C快速放電，uo直線上升，u+也隨之增大當(dāng)u+增至零時(shí)，uo1再次發(fā)生跳

12、變，由-UZ跳變?yōu)?UZ，二極管截止，uI對(duì)C充電，uo開始下降如此反復(fù)，在積分電路的輸出端，得到一個(gè)鋸齒波，在比較器的輸出端得到一個(gè)矩形波。636.6.4 壓控振蕩電路 通過外加的電壓控制端來控制輸64鋸齒波的幅值為u+=0時(shí)的輸出電壓值，與三角波的幅值相同，為 uo從Uom下降至-Uom所需的時(shí)間T2為 二極管的正向電阻很小，因此電容的放電時(shí)間T1很短，可忽略不計(jì) 64鋸齒波的幅值為u+=0時(shí)的輸出電壓值，與三角波的幅值相同65本章內(nèi)容的重點(diǎn)1、RC、LC選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻原理，利用相位平衡條件判斷振蕩電路能否起振及振蕩頻率的估算。2、掌握求解各種比較器的門限電壓及畫傳輸特性的方法。3、熟悉集

13、成運(yùn)放組成的非正弦波發(fā)生器的工作原理和振蕩頻率的計(jì)算方法。65本章內(nèi)容的重點(diǎn)1、RC、LC選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻原理，利用相位樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。9月-229月-22Tuesday, September 27, 2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。00:21:4900:21:4900:219/27/2022 12:21:49 AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。9月-2200:21:4900:21Sep-2227-Sep-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。00:21:4900:21:4900:21Tuesday, September 27, 2022安全在于心

14、細(xì)，事故出在麻痹。9月-229月-2200:21:4900:21:49September 27, 2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年9月27日12:21 上午9月-229月-22追求至善憑技術(shù)開拓市場，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。27 九月 202212:21:49 上午00:21:499月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。九月 2212:21 上午9月-2200:21September 27, 2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/9/27 0:21:4900:21:4927 September 2022好的事情馬上就會(huì)到來，一切都是最好的安排。12:21:49 上

15、午12:21 上午00:21:499月-22一馬當(dāng)先，全員舉績，梅開二度，業(yè)績保底。9月-229月-2200:2100:21:4900:21:49Sep-22牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2022/9/27 0:21:49Tuesday, September 27, 2022相信相信得力量。9月-222022/9/27 0:21:499月-22謝謝大家！樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。9月-229月-22Sa樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。9月-229月-22Tuesday, September 27, 2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。00:21:4900:21:4

16、900:219/27/2022 12:21:49 AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。9月-2200:21:4900:21Sep-2227-Sep-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。00:21:4900:21:4900:21Tuesday, September 27, 2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。9月-229月-2200:21:4900:21:49September 27, 2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年9月27日12:21 上午9月-229月-22追求至善憑技術(shù)開拓市場，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。27 九月 202212:21:49 上午00:21:499月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。九月 2212:21 上午9月-2200:21September 27, 2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/9/27 0:21:4900:21:4927 S