第八章 波形發(fā)生與信號(hào)的轉(zhuǎn)換

8.1正弦波振蕩電路的振蕩條件8.2RC正弦波振蕩電路8.3LC正弦波振蕩電路8.4非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路8.5集成函數(shù)發(fā)生器簡(jiǎn)介第8章信號(hào)產(chǎn)生電路一.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?；痉糯箅娐稟反饋電路FiX+–dXoXfX8.1正弦波振蕩器的基本原理+如果：,ifXX=則去掉,iX仍有信號(hào)輸出?；痉糯箅娐稟反饋電路FdXoXfX反饋信號(hào)代替了放大電路的輸入信號(hào)?；痉糯箅娐稟反饋電路FiX++dXoXfX基本放大電路A反饋電路FdXoXfXFA=1Xd=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?.動(dòng)畫演示起振條件和穩(wěn)幅原理振蕩建立與穩(wěn)定過程圖起振條件：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：8.2RC振蕩電路一.RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性R1C1R2C2OUfUR1C1串聯(lián)阻抗：R2C2并聯(lián)阻抗：選頻特性：)1()1(112211221CRCRjCCRRUUOfww-+++=R1C1R2C2OUfU時(shí)，相移為0。1221w1CRCR=w當(dāng)22如果：R1=R2=R，C1=C2=C，則：1221w1CRCR=w21211CCRR=w01CR=w0)1()1(112211221CRCRjCCRRUUofww-+++=13=選頻特性)1(31CRCRjww-+=w=wo時(shí)RC橋式振蕩器的工作原理：在f0處滿足相位條件：因?yàn)椋篈F=131=F11f+=RRA1f2RR=uo_++RfRCRCR1A=3uouo3A=3同相放大器文氏橋選頻電路輸出正弦波頻率：振幅條件：例題:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf為多大時(shí)才能起振？振蕩頻率f0=？uo_++RfRCRCR1AF=1，31=F11f+=RRAA=3=210=20k=1592Hz起振條件：1f2RR=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)）起振時(shí)RT>2R1,使A>3,易起振。當(dāng)uo幅度自激增長(zhǎng)達(dá)某一值時(shí)，RT=2R1，A=3。當(dāng)uo進(jìn)一步增大時(shí)，RT<2R1,使A<3。因此uo幅度自動(dòng)穩(wěn)定于某一幅值。_++RTRCRCR1Tuo能自動(dòng)穩(wěn)幅的振蕩電路Rf1+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Rf分為二個(gè)：Rf1

和Rf2，

Rf2并聯(lián)二極管_++Rf1RCCR1Rf2D1D2RK：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：電子琴的振蕩電路：_++RF1uoR1CCRfD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21R22112CRR=0f2121RRF+=12345176功率放大器使R2>>R121F1fF2RRA+=F1R+2AF1可調(diào)A2RF1+RF2Rf8.3.1.LC并聯(lián)諧振回路的選頻特性CLRuiLici(阻性)LC并聯(lián)諧振特點(diǎn)：諧振時(shí)，總路電流很小，支路電流很大，電感與電容的無功功率互相補(bǔ)償，電路呈阻性。用于選頻電路。R為電感線圈中的電阻8.3LC正弦波振蕩器

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。圖中Q1＞Q2。并聯(lián)諧振阻抗為Z0諧振時(shí)LC并聯(lián)諧振電路相當(dāng)一個(gè)電阻。LC并聯(lián)諧振回路的幅頻特性曲線互感線圈的極性判別1234磁棒初級(jí)線圈次級(jí)線圈同極性端1234+–+–CLRuiLici反饋信號(hào)通過互感線圈引出8.3.2.變壓器反饋式LC振蕩電路

工作原理：三極管共射放大器。利用互感線圈的同名端：

滿足相位條件。振蕩頻率:判斷是否是正反饋:用瞬時(shí)極性法判斷(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)(+)LC正弦波振蕩器舉例反饋滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件反饋++–+正反饋

LC正弦波振蕩器舉例振蕩頻率:–+UCCCC1Luo滿足相位平衡條件仍然由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)A.若中間點(diǎn)交流接地，則首端與尾端相位相反。8.3.3.三點(diǎn)式LC振蕩電路原理：電容三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式中間端的瞬時(shí)電位一定在首、尾端電位之間。三點(diǎn)的相位關(guān)系B.若首端或尾端交流接地，則其他兩端相位相同。8.3.3.三點(diǎn)式LC振蕩器

1.電感三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩頻率：2.電容三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩頻率：Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。8.3.4石英晶體振蕩電路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?！袷庮l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(chǎng)極板間加機(jī)械力晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場(chǎng)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

→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：晶體等效阻抗為純阻性（2）并聯(lián)諧振通常所以實(shí)際使用時(shí)外接一小電容Cs則新的諧振頻率為由于由此看出調(diào)整二.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

石英晶體工作在fs與fp之間，相當(dāng)一個(gè)大電感，與C1、C2組成電容三點(diǎn)式振蕩器。由于石英晶體的Q值很高，可達(dá)到幾千以上，所示電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。2.并聯(lián)型石英晶體振蕩器

石英晶體工作在fs處，呈電阻性，且阻抗最小，正反饋?zhàn)顝?qiáng)。該電路為電感三點(diǎn)式振蕩器。加入石英晶體是利用石英晶體的高Q值，提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。8.4.1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：特性：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)。8.4非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路1.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-UOM++uoui1.過零比較器:（門限電平=0）++uouiuoui0+UOM-UOM一.單門限電壓比較器2.單門限比較器（與參考電壓比較）++uouiUREFuoui0+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)++uouiUREFuoui0+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++uiuoui0+UZ-UZ用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓uoUZuoui0+UOM-UOM++uoui忽略了UD3.限幅電路——使輸出電壓穩(wěn)定限幅電路的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路上++uiuoUZR′R_uoui0+UZ-UZR′=R二.遲滯比較器1.遲滯比較器特點(diǎn):電路中使用正反饋。1、因?yàn)橛姓答?，所以輸出飽和?、當(dāng)uo正飽和時(shí)(uo=+UOM)：+om211+UURRRUT=+=3、當(dāng)uo負(fù)飽和時(shí)(uo=-UOM)：-om211+UURRRUT=+-=－++uoRR2R1uiU+－++uoRR2R1uiU+遲滯比較器uoui0+Uom-UomUT+UT-設(shè)ui

,當(dāng)ui=<UT-,

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

uo=+UOM,U+=UT+設(shè)ui,當(dāng)ui=>UT+,

uo從+UOM-UOM傳輸特性u(píng)oui0+Uom-UomUT+UT-UT+上門限電壓UT-下門限電壓UT+-UT-稱為回差om211URRR+=+UTom211URRR+=--UTtuiUT+UT-tuoUom-Uom例:設(shè)輸入為正弦波,畫出輸出的波形。－++uoRR2R1uiU+加上參考電壓后的遲滯比較器：上下限：uoui0UT-UT+傳輸特性+UZ-UZ例題：R1=10k，R2=10k，UZ=6V，UR=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：3V8Vuiuo+UZ-UZ三、窗口比較器1、電路設(shè)R1=R2，則兩門限：2、傳輸特性1.電路結(jié)構(gòu)由滯回比較電路和RC定時(shí)電路構(gòu)成的上下限:－++RR1R2Cucuo9.4.2方波發(fā)生器2.工作原理：(1)設(shè)uo

=

+UOM,此時(shí)，輸出給C充電,uc

則：u+=UT+－++RR1R2C+ucuo0tuoUOM-UOMucUT+0t一旦uc>UT+

,就有u->u+,在uc<UT+時(shí)，u-

<u+,uo

立即由＋UOM

變成－UOM

,設(shè)uC初始值uC(0+)=0方波發(fā)生器uo保持+UOM不變UOM此時(shí)，C

經(jīng)輸出端放電,再反向充電(2)當(dāng)uo

=

-UOM時(shí)，u+=UT-uc達(dá)到UT-時(shí)，uo上翻－++RR1R2C+ucuoUT+uctUT-當(dāng)uo

重新回到＋UOM

以后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化。-UOM動(dòng)畫演示0UT+uctUT-UOMuo0t-UOMT周期與頻率的計(jì)算：－++RR1R2C+ucuof=1/T此期間是分析問題時(shí)的假設(shè),實(shí)際上用示波器觀察波形時(shí)看不到這段波形.周期與頻率的計(jì)算：－++RR1R2C+ucuo0UT+uctUT-+UOM-UOMT1T2TT=T1+T2=2T2，因正反向充電條件一樣T1=T2。uc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e,=RC-tT2階段uc(t)的過渡過程方程為:0UT+uctUT-+UOM-UOMT1T2Tuc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e,=RC-tUC(0+)=UC()=+UOMt=T2時(shí),uc(t=T2)=周期與頻率的計(jì)算：)21ln(21RRRCT2+=vO1vP1vIA1A2R3R4R2R1R5VZ8.4.3三角波發(fā)生器與鋸齒波發(fā)生器組成：施密特觸發(fā)器，積分器1三角波發(fā)生器vN1=vP1時(shí)vI(即vO)的閾值-VZVZt0vO1T

/2T/2t2t3t1t0vOVth1Vth2幅度：VO1m=2VZT與VZ和運(yùn)放無關(guān)，穩(wěn)定性好！t2t3t1t0vOVth1Vth2vO1vP1vIA1A2R3R4R2R1R5V