波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換

第8章波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換8.1

正弦波振蕩電路8.2

電壓比較器8.3

非正弦波發(fā)生電路

基本放大電路反饋回路＋+–8.1正弦波振蕩電路8.1.1概述1、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件++正反饋放大電路方塊圖＋++基本放大電路反饋回路正反饋放大電路方塊圖正弦波振蕩的平衡條件起振條件：2、正弦波振蕩電路的組成正反饋放大電路穩(wěn)幅環(huán)節(jié)選頻網(wǎng)絡(luò)反饋信號(hào)即是放大電路的輸入信號(hào)放大信號(hào)，起振選出單一頻率的正弦波RC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路石英晶體正弦波振蕩電路電路從

過(guò)渡到

，穩(wěn)幅3、判斷電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的方法和步驟（1）判斷電路是否包含四個(gè)環(huán)節(jié)（2）判斷放大電路是否能夠正常工作：（3）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。利用瞬時(shí)極性法是否有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)動(dòng)態(tài)信號(hào)是否能夠輸入、輸出8.1.2RC正弦波振蕩電路反饋網(wǎng)絡(luò)放大電路1+–選頻網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)1、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)式中

：。。RCRC。+–+–。幅頻特性：相頻特性：fof+90–90f只有當(dāng)f=fo時(shí)，達(dá)最大值，且與同相諧振頻率2、放大電路在fo

處滿足相位條件(正反饋)滿足幅值條件通常取大于2且接近2，太大將使輸出波形失真。1－－同相比例運(yùn)算電路13、反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋②

應(yīng)用瞬時(shí)極性法①在反饋輸入端加頻率為f0的輸入電壓。判斷反饋類型驗(yàn)證相位平衡條件：使放大倍數(shù)隨輸出電壓的上升而下降，即負(fù)反饋加強(qiáng)。選用R1為正溫度系統(tǒng)的熱敏電阻。選用Rf為負(fù)溫度系統(tǒng)的熱敏電阻。在Rf回路串聯(lián)兩個(gè)并聯(lián)的二極管。4、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)－－非線性環(huán)節(jié)通過(guò)調(diào)整R或/和C來(lái)調(diào)整頻率。雙層波段開(kāi)關(guān)：切換C，用于粗調(diào)振蕩頻率。同軸電位器Rw：可調(diào)電阻，用于細(xì)調(diào)振蕩頻率。5、振蕩頻率可調(diào)的RC橋式正弦波振蕩電路NEXT優(yōu)點(diǎn)：振蕩頻率穩(wěn)定，帶負(fù)載能力強(qiáng)，輸出電壓失真小。缺點(diǎn)：頻率范圍不大于1MHz，容易受溫度影響。組成：放大電路：選頻網(wǎng)絡(luò)：正反饋網(wǎng)絡(luò)：穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)熱敏電阻或二極管RC正弦波振蕩電路小結(jié)8.1.3LC正弦波振蕩電路1.變壓器反饋式LC振蕩電路a.電路結(jié)構(gòu)uf+–LC+VCCRLC1RB1RB2RECE放大電路選頻電路反饋網(wǎng)絡(luò)非線性元件R為電感線圈中的電阻(1)LC并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)CLR+-(1)LC并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)諧振頻率純阻性，且阻抗最大Q選頻特性愈好當(dāng)f=f0時(shí)：最大，且無(wú)附加相移。其他頻率時(shí)：減小，且有附加相移。放大電路組態(tài)：共射、共基。(2)LC選頻放大電路LC+VCCC1RB1RB2RECE+_uf+–－－(3)反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋----滿足相位條件選擇合適的電路參數(shù)及變壓器原、副邊匝數(shù)比----滿足幅值條件LC+VCCRLC1RB1RB2RECELC振蕩電路引入反饋的方式：變壓器反饋式電感反饋式電容反饋式CLRuiLici反饋信號(hào)通過(guò)互感線圈引出2.電感反饋式振蕩電路正反饋放大電路選頻電路反饋網(wǎng)絡(luò)+VCCC1RB1RB2RECEL1CL2RC－－反饋電壓取自L2①

組成②能否振蕩③振蕩頻率3.電容三點(diǎn)式振蕩電路放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)－－反饋電壓取自C2+VCCC1RB1RB2RECEC1LC2RC選頻電路正反饋①

組成②能否振蕩③振蕩頻率Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。1、頻率穩(wěn)定問(wèn)題頻率穩(wěn)定度一般由來(lái)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——100005000008.1.4石英晶體振蕩電路（1）結(jié)構(gòu)2、石英晶體的特點(diǎn)①串聯(lián)諧振石英晶體近似純阻性L、C、R支路呈容性，晶體呈容性L、C、R支路呈感性（2）石英晶體的等效電路和頻率特性②并聯(lián)諧振石英晶體呈阻性晶體呈容性晶體呈感性3、石英晶體正弦波振蕩電路①并聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路

石英晶體在fs與fp之間呈感性，與C1、C2組成電容三點(diǎn)式振蕩器。石英晶體Q值很高，可達(dá)到幾千以上，電路振蕩頻率穩(wěn)定性很高。②串聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路

石英晶體工作在fs處，呈電阻性，且阻抗最小，正反饋?zhàn)顝?qiáng)。例2：正反饋

注意：用瞬時(shí)極性法判斷反饋的極性時(shí)，耦合電容、旁路電容兩端的極性相同，屬于選頻網(wǎng)絡(luò)的電容，其兩端的極性相反。+VCCC1RB1RB2RECELC

試用相位平衡條件判斷下圖電路能否產(chǎn)生自激振蕩－－－例3：

圖示電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩,如果不能振蕩，加以改正。L+VCCC1RB1RB2RECEC2解：直流電路合理。

旁路電容CE將反饋信號(hào)旁路，即電路中不存在反饋，所以電路不能振蕩。將CE開(kāi)路，則電路可能產(chǎn)生振蕩。反饋電壓取自C1－－－正反饋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。1、功能：2、特性：集成運(yùn)放工作于非線性區(qū)。8.2.1概述1.運(yùn)放工作在非線性區(qū)的判定：運(yùn)放工作在非線性區(qū)的基本分析方法2.運(yùn)放工作在非線性區(qū)的分析方法：開(kāi)環(huán)或引入正反饋。若uP＞uN

則uO=+UOM若uP＜uN

則uO=-UOM虛斷不虛短！UREFuIuO–+A（1）畫(huà)出電路的電壓傳輸特性u(píng)IuO+–AtuItuO（2）假定輸入信號(hào)如右圖所示，畫(huà)出輸出電壓波形課堂練習(xí)：8.2.2單限比較器uOuI0+UOM-UOMUREFUREF為參考電壓運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)與參考電壓比較UREFuIuO–+AUREFuIuO+–AuOuI0UREF+UOM-UOM閾值電壓過(guò)零比較器閾值電壓=0uOuI0+UOM-UOMuIuO+–AtuItuO+UOM-UOM電壓傳輸特性過(guò)零比較器閾值電壓=0uOuI0+UOM-UOMuIuO+–A電壓傳輸特性u(píng)IuO+A_UZ限幅uOuI0+UZ-UZ忽略了UD電壓傳輸特性分析法確定輸出低電平UOL

和輸出高電平UOH

。寫(xiě)出UP和UN的表達(dá)式，令UP＝UN

，解得的UI即為閾值電壓UT

。根據(jù)UI位于集成運(yùn)放哪個(gè)輸入端，判斷躍變方向。特點(diǎn)：?jiǎn)蜗薇容^器+正反饋支路①因?yàn)橛姓答?，所以輸出飽和。②uI

,當(dāng)uI

=<-UT,uO從-UZ+UZ這時(shí),uO=-UZ

,UP=-UT設(shè)初始值:

uO=+UZ,UP=+UTuI,當(dāng)uI

>=

+UT,

uO從+UZ

-UZuI0+UZ-UZ+UT-UT③判斷躍變方向8.2.3滯回比較器uOuI0+UZ-UZ+UT-UT8.2.3滯回比較器uO+UT上門(mén)限電壓-UT下門(mén)限電壓二者之差稱為回差Z211URRR+=+UTZ211URRR+=---UT電壓傳輸特性tuI+UT-UTtuOUZ-UZ例:設(shè)輸入為正弦波,畫(huà)出輸出的波形。uI0+UZ-UZ+UT-UTuO3V8VuiuO+UZ-UZ設(shè)初始uO=+UZ=6V8.2.4窗口比較器①當(dāng)uI>URH,uO1

=+UOM,uO2

=-UOM,D1導(dǎo)通,D2截止,uO=+UZ

②當(dāng)uI<URL,uO1

=-UOM,uO2

=+UOM,D2導(dǎo)通,D1截止,uO=+UZ

③當(dāng)URL

<

uI<URH,uO1

=-UOM,uO2

=-UOM,D1,D2均截止,uO

=08.3非正弦波發(fā)生電路非正弦波：矩形波、三角波、尖頂波和階梯波等圖8.3.1幾種常見(jiàn)的非正弦波8.3.1矩形波發(fā)生電路一、電路組成RC

充放電回路滯回比較器圖

8.3.2滯回比較器：集成運(yùn)放、R1、R2；充放電回路：R、C；（延遲環(huán)節(jié)、反饋網(wǎng)絡(luò)）鉗位電路：VDZ、R3。（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）二、工作原理設(shè)t=0時(shí)，uC=

0，uO=+UZ則tOuCOuOtu+u-當(dāng)u-=uC

=u+

時(shí)，t1t2則當(dāng)u-=uC

=u+

時(shí)，輸出又一次跳變，uO=+UZ輸出跳變，uO=-UZ圖

8.3.4三、振蕩周期電容的充放電規(guī)律：對(duì)于放電，解得：結(jié)論：改變充放電回路的時(shí)間常數(shù)及滯回比較器的電阻，即可改變振蕩周期。t1t2tOuCOuOtt3圖

8.3.4振蕩頻率f=1/T四、占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路圖

8.3.5a使電容的充、放電時(shí)間常數(shù)不同且可調(diào)，即可使矩形波發(fā)生器的占空比可調(diào)。tOuCuOtOT1T2T充電時(shí)間T1放電時(shí)間T2占空比q圖

8.3.5b8.5.2三角波發(fā)生電路一、電路組成圖8.3.6采用波形變換的方法得到三角波uO1為方波電路分析uO2為三角波二、工作原理當(dāng)u+=u-

=0時(shí)，滯回比較器的輸出發(fā)生跳變。圖

8.3.8實(shí)用電路左邊是同相輸入滯回比較器右邊為反向積分運(yùn)算電路圖

8.3.7R3R4傳輸特性+UT-UT+UZ-UZuO1uo二、工作原理OuO1tOuOt當(dāng)u+=u-

=0時(shí)，滯回比較器的輸出發(fā)生跳變。圖

8.3.9圖

8.3.7R3R4設(shè)t=0時(shí)，uO1=+UZ

u0=0三、輸出幅度和振蕩周期解得三角波的輸出幅度當(dāng)u+=u-

=0時(shí)，uO1跳變?yōu)?UZ，uO

達(dá)到最大值Uom

。振蕩周期調(diào)節(jié)電路中的R1、

R2、R3阻值和C的容量，可改變振蕩頻率，調(diào)節(jié)R1、

R2的阻值，可改變?nèi)遣ǖ姆?。圖

8.3.10a8.5.3鋸齒波發(fā)生電路一、電路組成OuO1tOuOtT1T2T二、輸出幅度和振蕩周期圖

8.3.10b正向積分時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于反向積分時(shí)間常數(shù)或者相反。動(dòng)畫(huà)avi\14-4.avi8.3.4波形變換電路（自閱）一、三角波變鋸齒波電路二、三角波變正弦波電路1.濾波法2.折線法8.3.5函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器是一種可以同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的專用集成電路；當(dāng)調(diào)節(jié)外部電路參數(shù)時(shí)，還可獲得占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。一、電路結(jié)構(gòu)（ICL8038）③

②1.