模電課件 第八章信號(hào)的發(fā)生和轉(zhuǎn)換

第八章波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換§8.1正弦波振蕩電路§8.2電壓比較器(1)正反饋?zhàn)銐驈?qiáng),輸入信號(hào)為0時(shí)仍有信號(hào)輸出，這就是產(chǎn)生了自激振蕩。(2)正弦波振蕩電路就是一個(gè)沒(méi)有輸入信號(hào)、依靠電路的自激振蕩產(chǎn)生正弦波輸出信號(hào)的放大電路。(3)要獲得正弦自激振蕩,反饋回路中必須有選頻電路。所以將放大倍數(shù)和反饋系數(shù)寫(xiě)成：§8.1正弦波振蕩電路自激振蕩的條件：（1）振幅條件：（2）相位條件：n是整數(shù)相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋；振幅條件可以通過(guò)調(diào)整放大電路的放大倍數(shù)達(dá)到。與負(fù)反饋產(chǎn)生自激振蕩的條件有何不同？問(wèn)題1：如何啟振？Uo

是振蕩器的電壓輸出幅度，B是要求輸出的幅度。起振時(shí)Uo=0，達(dá)到穩(wěn)定振蕩時(shí)Uo=B。放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動(dòng)，這些擾動(dòng)可分解為各種頻率的正弦波分量，其中也包括有fo分量。選頻網(wǎng)絡(luò)：把fo分量選出，把其他頻率的分量衰減掉。這時(shí)，只要當(dāng)f=f0時(shí)滿(mǎn)足：|AF|>1，且A+F=2n，即可起振。問(wèn)題2：如何穩(wěn)幅？起振后，輸出將逐漸增大，若不采取穩(wěn)幅，這時(shí)若|AF|仍大于1，則輸出將會(huì)飽和失真。達(dá)到需要的幅值后，將參數(shù)調(diào)整為AF=1，即可穩(wěn)幅。起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：一、正弦波振蕩電路的基本組成部分放大電路：起放大作用，保證輸出從無(wú)到穩(wěn)定。選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率f0，保證電路產(chǎn)生單一頻率的正弦波振蕩。正反饋網(wǎng)絡(luò)：滿(mǎn)足振蕩的相位條件。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：為非線(xiàn)性環(huán)節(jié)，保證電路輸出穩(wěn)定。常合二而一二、判別電路是否會(huì)產(chǎn)生振蕩的方法四個(gè)主要組成部分是否存在；放大電路能否正常工作。即Q點(diǎn)是否合適，信號(hào)是否可能正常傳遞；相位條件是否滿(mǎn)足。即是否存在f0，使電路為正反饋；幅值條件是否滿(mǎn)足。即電路是否可起振。相位條件的判斷方法瞬時(shí)極性法：

首先斷開(kāi)反饋，然后在斷開(kāi)處給放大電路加f＝f0的信號(hào)Ui，且規(guī)定其極性，由

Ui的極性→Uo的極性→Uf的極性

若Uf與Ui極性相同，則電路可能產(chǎn)生自激振蕩；否則電路不可能產(chǎn)生自激振蕩。常依據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件分類(lèi)。RC正弦波振蕩電路：f0

<1MHz。最經(jīng)濟(jì)，僅用于要求不高場(chǎng)合；LC正弦波振蕩電路：f0

>1MHz，常為10MHz～幾百M(fèi)Hz。體積大；石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率的穩(wěn)定度非常高。三、正弦波振蕩電路分類(lèi)8.1.2RC正弦波振蕩電路用RC電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路即為RC振蕩電路。常見(jiàn)的有：RC串并聯(lián)、RC移相式、雙T式等，在此僅介紹

RC串并聯(lián)又稱(chēng)文氏橋振蕩電路。一、選頻電路純阻性

F最大二、電路組成∵f=f0時(shí)，F(xiàn)max

=1/3,F=0，∴要求放大電路Au>3，為使放大電路參數(shù)不影響f0，應(yīng)引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋→同相比例運(yùn)算電路。三、穩(wěn)幅措施

因同相比例運(yùn)算電路有非常好的線(xiàn)性度，故需加穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：改變電容以粗調(diào)，改變電位器滑動(dòng)端以微調(diào)。四、頻率調(diào)節(jié)1.R1選正溫度系數(shù)的熱敏電阻，T↑→R1↑→A↓;2.反饋回路可串二極管，I↑→rD↓→A↓。用分立元件組成的RC振蕩器RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+++ube––+++++RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正反饋RF、RE1構(gòu)成負(fù)反饋8.1.3LC正弦波振蕩電路LC振蕩電路的選頻電路由電感和電容構(gòu)成，可以產(chǎn)生高頻振蕩。由于高頻運(yùn)放價(jià)格較高，所以一般用分離元件組成放大電路，必要時(shí)還采用共基電路。本節(jié)只對(duì)LC振蕩電路做一簡(jiǎn)單介紹，重點(diǎn)掌握相位條件的判別。首先介紹一下LC諧振網(wǎng)絡(luò)。諧振時(shí)回路電流比總電流大的多，外界對(duì)諧振回路的影響可以忽略！CLR電路呈純阻性，電壓與電流同相。P397頻率特性采用LC并聯(lián)諧振回路的正弦波發(fā)生電路通常分為變壓器耦合式和LC三端點(diǎn)式兩大類(lèi)。把并聯(lián)LC回路中的C或L分成兩個(gè)，則LC回路就有三個(gè)端點(diǎn)（電容三點(diǎn)式或電感三點(diǎn)式）把三個(gè)端點(diǎn)分別與三極管的三個(gè)電極相連，組成LC正弦波振蕩電路。中間點(diǎn)接至發(fā)射極重點(diǎn)掌握LC振蕩電路產(chǎn)生的可能性判斷即相位條件的判斷——采用瞬時(shí)極性法。+UCCCC1L1L2+––++例1.電感反饋式振蕩電路正反饋中間抽頭接地振蕩頻率例2.電容三點(diǎn)式振蕩電路正反饋例3.采用共基放大電路的電容反饋式振蕩電路正反饋?zhàn)鳂I(yè)：P4648.12例8.1.3：改正下電路之錯(cuò)誤，使其可產(chǎn)生正弦波振蕩，且保留原放大電路的基本接法。P405例8.1.3共射接法，但靜態(tài)工作點(diǎn)不合適小結(jié)輸入輸出輸出共射電路、共集電路輸入輸出共基電路電感電容R1C1R2C2RC選頻網(wǎng)絡(luò)確定運(yùn)放工作區(qū)的方法：判斷電路中有無(wú)負(fù)反饋。若有負(fù)反饋，則運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)；若無(wú)負(fù)反饋，或有正反饋，則運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)。處于非線(xiàn)性狀態(tài)運(yùn)放的特點(diǎn)：1.虛短路不成立。2.輸入電阻仍可以認(rèn)為很大（即虛斷仍存在）。3.輸出電阻仍可以認(rèn)為是0?！?.2電壓比較器（用于A/D轉(zhuǎn)換、波形變換）此時(shí)集成運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)（開(kāi)環(huán)或正反饋）_+++_+_+_

uo

ui

uRR1R2電路電壓比較器定義：比較兩個(gè)電壓的大小，輸出用高、低電平表示比較結(jié)果。

電壓比較器分類(lèi)1.單限比較器：一個(gè)閾值電壓UT2.滯回比較器：兩個(gè)閾值電壓，uI

單調(diào)變化時(shí)，輸出僅跳變一次

3.窗口比較器：兩個(gè)閾值電壓，

uI

單調(diào)變化時(shí)，輸出跳變兩次_+++_+_+_

uo

ui

uRR1R2輸出電壓uo由輸入電壓ui和參考電壓uR大小關(guān)系決定。uT稱(chēng)為閾值電壓。電壓傳輸特性(輸入與輸出的關(guān)系)：uiuo+Uom-UomuR此為反相比較器單限比較器_+++_+_+_

uo

ui

uRR1R2電壓傳輸特性：uiuo-Uom+UomuR同相比較器：uR=0時(shí)，稱(chēng)為過(guò)零比較器++uouitui例：利用過(guò)零電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲?。uot+Uom-Uom輸入級(jí)的保護(hù)電路輸出限幅電路穩(wěn)壓管接在反饋通路中1.DZ導(dǎo)通時(shí)引入負(fù)反饋。有虛地，可保護(hù)輸入極。2.運(yùn)放工作于線(xiàn)性區(qū)，可提高輸出電壓變化速度。電路改進(jìn)：一般單限比較器及其電壓傳輸特性如何求閾值電壓UT?例題：P413

例8.2.1單限比較器的特點(diǎn)1、電路簡(jiǎn)單。2、當(dāng)A0不夠大時(shí)，輸出邊沿不陡。3、輸入在閾值電壓附近任何微小的變化，都會(huì)引起輸出的躍變，容易引入干擾。tuiuot過(guò)零附近仍處于放大區(qū)滯回比較器一、反相的滯回比較器分析：1.因?yàn)橛姓答?，所以輸出很快達(dá)到飽和。2.當(dāng)uo正飽和時(shí)：UR3.當(dāng)uo負(fù)飽和時(shí)：－++uoRR2R1ui參考電壓由輸出電壓決定tuiUom-UomU+H-U+L稱(chēng)為回差電壓傳輸特性跳轉(zhuǎn)時(shí)，正反饋加速跳轉(zhuǎn)小于回差的干擾不會(huì)引起跳轉(zhuǎn)下限上限uoui0Uom-UomU+HU+LtuiU+HU+L輸入正弦波的情況:－++uoRR2R1uiUR電路改進(jìn)：

——加上參考電壓0uouiU+HU+L傳輸曲線(xiàn)加上參考電壓后的上下限：uoui0Uom-Uom傳輸特性曲線(xiàn)u+=0

時(shí)翻轉(zhuǎn)，可以求出上下限。二、同相滯回比較器－++uoRR2R1uiU+HU+L電路改進(jìn)：為了穩(wěn)定輸出電壓，可以在輸出端加上雙向穩(wěn)壓管。思考題：如何計(jì)算上下限？答：計(jì)算方法同前！uoUZ－++RR2R1ui電壓傳輸特性的三要素分析方法總結(jié)1.輸出電壓UO：

由限幅電路確定UOL和

UOH3.輸出UO在

uI

過(guò)

UT

時(shí)的跳變方向：

uI接同相端：uI↑過(guò)UT→低跳至高

uI↓過(guò)UT→高跳至低

uI接反相端：uI↑過(guò)UT→高跳至低

uI↓過(guò)UT→低跳至高2.閾值電壓UT：

由UN=

UP

→UT=

uI

。例8.2.2：試畫(huà)出輸出電壓波形。小于回差的干擾不會(huì)引起跳變反相例8.2.3：設(shè)計(jì)一符合下電壓傳輸特性的比較器,

要求電阻阻值在20~100kΩ間。同相設(shè)：UZ=±6V→R2=2R1，設(shè)：R1=25kΩ→R2=50kΩ同相端