第08章 波形的發(fā)生與信號(hào)的轉(zhuǎn)換

第八章波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換8.1正弦波振蕩的基本原理8.1.2RC正弦波振蕩電路8.1.3LC正弦波振蕩電路8.1.4石英晶體振蕩電路8.2比較器8.3.1方波發(fā)生器8.3.2三角波及鋸齒波發(fā)生器一.產(chǎn)生自激振蕩的條件fidXXX-=改成正反饋只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。8.1正弦波振蕩器的基本原理+Xi–f基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXX如果：,dfXX=則去掉,iX仍有信號(hào)輸出。反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)。Xi+f基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXXXdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXXXd=Xf所以，自激振蕩條件也可以寫成：自激振蕩的條件：（1）振幅條件：（2）相位條件：pjjnFA2=+n是整數(shù)因?yàn)椋?.Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX二.起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件：結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩（略大于）1、被動(dòng)：器件非線性2、主動(dòng)：在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電路的增益穩(wěn)幅過程：起振時(shí)，穩(wěn)定振蕩時(shí)，穩(wěn)幅措施：起振過程Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX1.放大電路2.正反饋網(wǎng)絡(luò)3.選頻網(wǎng)絡(luò)——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。常用的選頻網(wǎng)絡(luò)有RC選頻和LC選頻4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)——使電路易于起振又能穩(wěn)定振蕩，波形失真小。三.正弦波振蕩器的組成及分類正弦波振蕩電路的分類：四.判斷電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的方法和步驟（1）觀察電路是否包含了放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、

正反饋網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四個(gè)組成部分。（2）判斷放大電路是否能正常工作。（3）利用瞬時(shí)極性法判斷電路是否滿足正弦波振蕩的相位條件。（4）判斷電路是否滿足正弦波振蕩的幅值條件。正弦波振蕩電路的分類：8.1.2RC正弦波振蕩電路一.RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性R1C1串聯(lián)阻抗：R2C2并聯(lián)阻抗：選頻特性：通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：令：幅頻特性相頻特性可見：當(dāng)時(shí)，│F│最大，且=0°

│F│max=1/3RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完整的頻率特性曲線：當(dāng)時(shí)，│F│=│F│max=1/3二.RC橋式振蕩器的工作原理：31=F11f+=RRA1f2RR=只需：A=3輸出正弦波頻率：振幅條件：引入負(fù)反饋：選：例題:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf為多大時(shí)才能起振？振蕩頻率f0=？AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=210=20k=1592Hz起振條件：能自動(dòng)穩(wěn)幅的振蕩電路半導(dǎo)體熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)）11f+=RRAK：雙聯(lián)波段開關(guān)，切換R，用于粗調(diào)振蕩頻率。C：雙聯(lián)可調(diào)電容，改變C，用于細(xì)調(diào)振蕩頻率。振蕩頻率的調(diào)節(jié)：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振蕩頻率：圖8.1.9振蕩頻率連續(xù)可調(diào)的RC

串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)1.LC并聯(lián)諧振回路的選頻特性(阻性)R為電感和回路中的損耗電阻8.1.3LC正弦波振蕩器當(dāng)時(shí)，并聯(lián)諧振。諧振時(shí)，電路呈阻性：

Q為諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，Q值越大，曲線越陡越窄，選頻特性越好。諧振時(shí)LC并聯(lián)諧振電路相當(dāng)一個(gè)大電阻。LC并聯(lián)諧振回路的幅頻特性曲線為品質(zhì)因數(shù)互感線圈的極性判別1234初級(jí)線圈次級(jí)線圈同名端1234+–+–

在LC振蕩器中，反饋信號(hào)通過互感線圈引出同名端：二.變壓器反饋式LC振蕩電路

工作原理：

滿足相位條件。振蕩頻率:+-+++(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)(+)LC正弦波振蕩器舉例滿足相位平衡條件(-)(+)（+）（+）（–）（+）

LC正弦波振蕩器舉例振蕩頻率:（–）滿足相位平衡條件振蕩頻率：三.電感反饋式LC振蕩電路uf與uo反相uf與uo同相（+）（-）（+）（+）振蕩頻率：四、電容反饋式LC振蕩電路振蕩頻率：uf與uo反相uf與uo同相振蕩頻率：圖8.1.22電容反饋式振蕩電路的改進(jìn)例：試判斷下圖所示三點(diǎn)式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。例8.1.2為使電路產(chǎn)生正弦波振蕩，試說明變壓器原邊線圈和副邊線圈的同名端。例8.1.3改正圖示電路中的錯(cuò)誤，使之有可能產(chǎn)生正弦波振蕩。要求不改變放大電路的基本接法。Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。8.1.4石英晶體正弦波振蕩電路1.頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度一般由來衡量——頻率偏移量。——振蕩頻率。LC振蕩電路Q——數(shù)百石英晶體振蕩電路Q——10000500000一.石英晶體2.基本特性1.結(jié)構(gòu)：極板間加電場極板間加機(jī)械力晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場壓電效應(yīng)：交變電壓機(jī)械振動(dòng)交變電壓機(jī)械振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高。當(dāng)交變電壓頻率=固有頻率時(shí)，振幅最大

符號(hào)壓電諧振3.石英晶體的等效電路與頻率特性等效電路：（1）串聯(lián)諧振頻率特性：晶體等效純阻且阻值=R（2）并聯(lián)諧振通常所以X感性0容性二.石英晶體振蕩電路利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的特點(diǎn)，構(gòu)成LC振蕩電路。1.并聯(lián)型石英晶體振蕩器2.串聯(lián)型石英晶體振蕩器

石英晶體工作在fs處，呈電阻性，而且阻抗最小，正反饋?zhàn)顝?qiáng)，相移為零,滿足振蕩的相位平衡條件。對(duì)于fs以外的頻率，石英晶體阻抗增大,且相移不為零，不滿足振蕩條件，電路不振蕩。

X感性0容性8.2電壓比較器

將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一參考電壓相比較，輸出一定的高低電平。功能：構(gòu)成：運(yùn)放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關(guān)系uo=f(ui)是非線性函數(shù)。uoui0+UOM-UOM1.運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的判定：電路開環(huán)或引入正反饋。運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法2.運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的分析方法：若U+＞U-則UO=+UOM；若U+＜U-則UO=-UOM。虛斷（運(yùn)放輸入端電流=0）

注意：此時(shí)不能用虛短！uoui0+UOM-UOMuoui0+UOM-UOM1.過零比較器:（門限電平=0）uoui0+UOM-UOM一.單門限電壓比較器tuituo+Uom-Uom例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲ā?.單門限比較器（與參考電壓比較）uoui0+Uom-UomUREFUREF為參考電壓當(dāng)ui>UREF時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui<UREF時(shí),uo=-Uom

運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)uoui0+Uom-UomUREF當(dāng)ui<UREF時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui>UREF時(shí),uo=-Uom

若ui從反相端輸入+-uoui0+UZ-UZ（1）用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓忽略了UD3.限幅電路——使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值當(dāng)ui>0時(shí),uo=+UZ當(dāng)ui<0時(shí),uo=-UZ

（2）穩(wěn)幅電路的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路中uoui0+UZ-UZ當(dāng)ui>0時(shí),uo=-UZ當(dāng)ui<0時(shí),uo=+UZ

二.遲滯比較器1.工作原理——兩個(gè)門限電壓。特點(diǎn):電路中使用正反饋——運(yùn)放工作在非線性區(qū)。（1）當(dāng)uo=+UZ時(shí)，（2）當(dāng)uo=-UZ時(shí)，UT+稱上門限電壓UT-稱下門限電壓(UT+-UT-)稱為回差電壓遲滯比較器的電壓傳輸特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-設(shè)ui

,當(dāng)ui=<UT-時(shí),

uo從-UZ+UZ這時(shí),uo=-UZ,u+=UT-設(shè)初始值:

uo=+UZ,

u+=UT+設(shè)ui,當(dāng)ui=>UT+時(shí),

uo從+UZ-UZ同相滯回比較器電壓傳輸特性反相滯回比較器電壓傳輸特性從運(yùn)放的反相輸入端輸入從運(yùn)放的同相輸入端輸入例題：Rf=10k，R2=10k，UZ=6V，UREF=10V。當(dāng)輸入ui為如圖所示的波形時(shí)，畫出輸出uo的波形。上下限電壓：uoui08V2V傳輸特性+6V-6V2V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V2V傳輸特性+6V-6V解：（1）門限電壓（3）輸出電壓波形例（2）傳輸特性電路如圖所示，試求門限電壓，畫出傳輸特性和圖c所示輸入信號(hào)下的輸出電壓波形。8.3非正弦波發(fā)生電路8.3.1方波發(fā)生電路8.3.2三角波發(fā)生電路8.3.3鋸齒波發(fā)生電路8.3.1方波產(chǎn)生電路1.電路組成遲滯比較器RC充放電支路穩(wěn)壓管雙向限幅限流電阻CRfVZ電容充放電的微分方程為：通解為：3.振蕩周期4.占空比可變的方波產(chǎn)生電路放電充電