第8章 振蕩與信號轉(zhuǎn)換電路

機械工業(yè)出版社張志良主編同名教材配套電子教案

計算機電路基礎第8章振蕩與信號轉(zhuǎn)換電路

8.1正弦波振蕩電路

在沒有外加激勵的條件下，能自動產(chǎn)生一定波形輸出信號的裝置或電路，稱為振蕩器。正弦波振蕩器產(chǎn)生的信號是單一頻率的正弦波，而非正弦波振蕩器產(chǎn)生的信號是有一系列不同頻率的正弦波合成的。

⒈自激振蕩的條件

:又可分解為振幅平衡條件和相位平衡條件。

φa+φf=2nπ（n=0，1，2，3，…）

=1振幅平衡條件：相位平衡條件：||=1⒉

正弦波振蕩器組成

8.1.1正弦振蕩基本概念

8.1.2

RC串并聯(lián)正弦振蕩電路

⒈RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的頻率特性

幅頻特性相頻特性圖8-2RC串并聯(lián)網(wǎng)絡頻率特性

①

當ω=ω0時，||=1/3，φf=0；

②

當ω<<ω0時，||→0，φf→+90°

③

當ω>>ω0時，||→0，φf→-90°；

⒉RC串并聯(lián)正弦振蕩電路

⑴

電路組成

⑵振蕩頻率：⑶

起振條件:

A＞3。即Rf

＞2R1。

⑷穩(wěn)幅措施:

通常Rf采用具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻。

⒈

變壓器反饋式LC正弦振蕩電路

⑴電路組成

⑵

諧振頻率:

f0

=

8.1.3

LC正弦振蕩電路

⑶

特點:

①

電路結(jié)構(gòu)簡單；②易起振；

③輸出幅度大；④頻率調(diào)節(jié)方便；⑤調(diào)節(jié)頻率時輸出幅度變化不大；⑥頻率穩(wěn)定性較差。⑷適用范圍：振蕩頻率不太高的場合，如中短波段。

⒉

電感三點式正弦振蕩電路

⑴

電路組成

⑵振蕩頻率:

⑶

特點:

①

容易起振；②頻率調(diào)節(jié)方便且范圍較寬；③調(diào)節(jié)頻率不影響反饋系數(shù)；④波形較差。

⑷

適用范圍：幾十MHZ以下，對波形要求不高的場合。

⒊

電容三點式正弦振蕩電路

⑴

電路組成

⑵振蕩頻率:

⑶

特點:

①輸出波形好；

②振蕩頻率可做到100MHz以上；

③頻率調(diào)節(jié)不便。⑷

適用范圍：頻率固定的高頻振蕩器。8.2

多諧振蕩器8.2.1由集成運放組成的多諧振蕩電路⒈工作原理:

T=2RfCln(1+)⒊矩形波發(fā)生器實際是一個滯回電壓比較器，高低閾值電壓分別為：和⒉振蕩周期：改變電容C充放電時間常數(shù)，可使方波變?yōu)榫匦尾ā?/p>

高電平時間ton與周期T的比值稱為占空比，用q表示：q=

8.2.2

由門電路組成的多諧振蕩器⒈電路組成和工作原理

⒉振蕩周期：T≈2RCln3≈2.2RC

⒊可控型多諧振蕩器⒋占空比和振蕩頻率可調(diào)的多諧振蕩器⒌施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器振蕩周期由TTL74LS系列施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器：T≈1.1RC

由CMOS施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器：T≈0.81RC

8.3

石英晶體振蕩電路⒈石英晶體基本特性⑵電抗特性①石英晶體物理化學性質(zhì)十分穩(wěn)定，外界因素對其影響很?。虎谑⒕wQ值極高；③石英晶體的工作頻率被限制在fs～fp范圍內(nèi)，該范圍內(nèi)的電抗特性極其陡峭，石英晶體對頻率變化自動調(diào)整的靈敏度極高；④石英晶體接入系數(shù)極小，外電路與諧振回路的耦合很弱，影響很小。⑷石英晶體多諧振蕩電路

⑴等效電路⑶石英晶體穩(wěn)頻原因

⒈

集成單穩(wěn)態(tài)電路⑴

74LS121

⑵

CC40988.4

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。在外來觸發(fā)信號作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過一段時間，無需外界觸發(fā)，能自動翻轉(zhuǎn)，恢復原來的穩(wěn)定狀態(tài)。⒊

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用用途很廣，主要可用于脈沖整形、展寬、延時、定時等場合?！纠?-3】試利用CC4098將寬度為500μs的正脈沖延時1000μs（原正脈沖寬度不變）。解：tW1=0.693R1C1=1000μs，若取C1=100nF，則R1=14.4kΩtW2=0.693R2

C2=500μs，若取C2=100nF，則R2=7.22kΩ⒉暫穩(wěn)脈沖寬：tW≈RCln2≈0.693RC

8.5555定時器8.5.1555定時器概述⒈

電路組成

TH：高觸發(fā)端：低觸發(fā)端Ctr：控制電壓端DIS：放電端Out：輸出端：清零端（復位）VCC、Gnd：電源和接地端⒉

工作原理8.5.2

555定時器應用⒈構(gòu)成施密特觸發(fā)器

兩個閾值電壓：UTH+=2VCC/3；UTH-=VCC/3施密特觸發(fā)器⒉構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路暫穩(wěn)脈寬：tW=RCln3輸入負脈沖，脈寬應小于輸出暫穩(wěn)脈寬單穩(wěn)態(tài)電路⒊構(gòu)成多諧振蕩器多諧振蕩器tW1=(R1+R2)Cln2tW2=R2Cln2⒈

定義⑴數(shù)模轉(zhuǎn)換：將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為相應的模擬信號稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換⑵模數(shù)轉(zhuǎn)換：將模擬信號轉(zhuǎn)換為相應的數(shù)字信號稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換⒉數(shù)字信號與相應模擬信號之間的量化關系8.6數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

8.6.1

數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換基本概念【例8-10】已知UREF=10V，8位數(shù)字量D=10100000B，試求其相應模擬電壓UA。D=10100000B=160，28=100000000B=256解：【例8-11】已知UREF=5V，模擬電壓UA=3V，試求其相應的10位數(shù)字電壓D。解：8.6.2

數(shù)模轉(zhuǎn)換電路⒈主要技術指標

⑴分辨率定義：D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。

計算公式：1/(2n-1)例如，對于一個8位D/A轉(zhuǎn)換器，其分辨率為：1/(28-1)=1/255≈0.00392=0.392%⑵轉(zhuǎn)換精度定義：D/A轉(zhuǎn)換器的輸出實際值與理論值之差。是一種綜合誤差，與D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率、非線性轉(zhuǎn)換誤差、比例系數(shù)誤差和溫度系數(shù)等參數(shù)有關。⑶

溫度系數(shù)定義：滿刻度輸出條件下，溫度每變化一度，輸出變化的百分比。⑷建立時間定義：完成一次D/A轉(zhuǎn)換所需時間。一般小于1μs。⒉

數(shù)模轉(zhuǎn)換器的工作原理⒊

集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832只要△T和△U足夠小，從宏觀上看，模擬量曲線仍可看作是連續(xù)光滑的。分辨率：8位電流建立時間：1μs工作方式：雙緩沖、單緩沖和直通方式輸入寄存器選通端：ILE、、DAC寄存器選通端：、⒊典型應用電路⑵單緩沖方式：5個選通端一次性選通，被選通后才能進入D/A轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。⑶雙緩沖方式：5個選通端分二次選通，先選通輸入寄存器，后選通DAC寄存器。主要用于多路D/A轉(zhuǎn)換信號同時輸出，例如智能示波器。⑴直通方式：5個選通端全部接成有效狀態(tài)，輸入數(shù)字信號能直接進入D/A轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。8.6.3

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路⒈模數(shù)轉(zhuǎn)換器的組成⑴采樣:根據(jù)采樣定理，需滿足fS≥2fImax。一般取fS=（3～5）fImax。⑵保持⑶量化把采樣信號表示為最小基準單位量整數(shù)倍的過程，稱為量化。⑷編碼量化后的信號數(shù)值用二進制代碼表示，稱為編碼。⒉A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)⑴分辨率使輸出數(shù)字量變化1LSB所需要輸入模擬量的變化量，稱為分辨率。通常仍用位數(shù)表示，位數(shù)越多，分辨率越高。⑵量化誤差

量化誤差因A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)有限而引起，若位數(shù)無限多，則量化誤差→0。量化誤差與分辨率有相應關系，分辨率高的A/D轉(zhuǎn)換器具有較小的量化誤差。⑶轉(zhuǎn)換精度是一種綜合性誤差，與A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率、量化誤差、非線性誤差等有關。主要因素是分辨率，因此位數(shù)越多，轉(zhuǎn)換精度越高。⑷轉(zhuǎn)換時間完成一次A/D所需的時間稱為轉(zhuǎn)換時間。取決于A/D轉(zhuǎn)換的類型和轉(zhuǎn)換位數(shù)。直接A/D型快，間接A/D型慢。并聯(lián)比較型A/D最快，約幾十ns；逐次漸近式A/D其次，約幾十μs；雙積分型A/D最慢，約幾十ms～幾百ms。⒊

逐次漸近比較型A/D轉(zhuǎn)換器⑴電路組成比較過程相當于用天平去稱量一個未知量，每次使用的法碼一個比一個重量少一半。多了