第八章波形發(fā)生和信號(hào)轉(zhuǎn)換

8.1正弦波振蕩電路概述

8.2RC正弦波振蕩電路

8.3LC正弦波振蕩電路8.4電壓比較器第八章波形發(fā)生和信號(hào)轉(zhuǎn)換8.1正弦波振蕩電路概述

正弦振蕩器：不需要任何輸入信號(hào)，就能輸出穩(wěn)定的正弦波信號(hào)的電路

正反饋框圖（只有正反饋電路才能完成）如果電路中只可能有一個(gè)頻率滿足此條件，則電路只會(huì)在此頻率下形成“自激”，即形成正弦波振蕩8.1正弦波振蕩電路概述放大器無需輸入，反饋量充當(dāng)輸入量※關(guān)于初始擾動(dòng)問題初始擾動(dòng)：不需人為給定，電路通電時(shí)的電流沖擊、電路中器件的噪聲、外界電磁波的干擾等。初始擾動(dòng)的信號(hào)是任意的、隨機(jī)的，具有廣泛的頻譜分量。等幅振蕩增幅振蕩減幅振蕩8.1正弦波振蕩電路概述8.1正弦波振蕩電路概述選頻網(wǎng)絡(luò)：只有一個(gè)頻率滿足振蕩條件放大電路：合理的Q點(diǎn)，足夠的增益反饋網(wǎng)絡(luò)：正反饋穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：幅值穩(wěn)定，波形良好正弦振蕩電路的組成8.2RC正弦波振蕩電路一、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)頻率特性當(dāng)信號(hào)的頻率很低時(shí)當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)8.2RC正弦波振蕩電路定性分析1、當(dāng)信號(hào)的頻率很低時(shí)相頻特性0|F|0幅頻特性8.2RC正弦波振蕩電路2、當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)定性分析0|F|相頻特性幅頻特性08.2RC正弦波振蕩電路幅頻特性0|F|0|F|相頻特性00|F|8.2RC正弦波振蕩電路2.定量分析通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：1/3|F|8.2RC正弦波振蕩電路二、文氏橋正弦波振蕩電路Wien-BridgeOscillator放大環(huán)節(jié)：

集成運(yùn)放構(gòu)成的同相比例放大選頻網(wǎng)絡(luò)：

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)：正反饋環(huán)節(jié)：

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，連接到運(yùn)放同相輸入端，充當(dāng)放大環(huán)節(jié)的輸入8.2RC正弦波振蕩電路二、文氏橋正弦波振蕩電路Wien-BridgeOscillator略大于3要滿足起振條件：AF略大于1---增幅振蕩減小失真，采用外部穩(wěn)幅環(huán)節(jié)1、采用熱敏電阻2、利用二極管非線性8.2RC正弦波振蕩電路1、熱敏電阻穩(wěn)幅起振時(shí)Rf較大使A>3,易起振,當(dāng)uo幅度增加時(shí),電流增加,溫度升高,Rf減小,A減小當(dāng)uo幅度達(dá)某一值時(shí),A→3,當(dāng)uo進(jìn)一步增大時(shí),Rf再減小,使A<3

因此uo幅度自動(dòng)穩(wěn)定于某一幅值正溫特性熱敏電阻—R1負(fù)溫特性熱敏電阻—Rf2、二極管非線性穩(wěn)幅8.2RC正弦波振蕩電路將Rf分為Rf1和Rf2Rf2并聯(lián)二極管

起振時(shí)D1、D2不導(dǎo)通，Rf1+Rf2略大于2R1。隨著uo的增加，D1、D2逐漸導(dǎo)通，隨著導(dǎo)通加劇，動(dòng)態(tài)電阻減小，Rf減小，A自動(dòng)下降，起到穩(wěn)幅作用電子琴的振蕩電路8.2RC正弦波振蕩電路8.2RC正弦波振蕩電路二、文氏橋正弦波振蕩電路Wien-BridgeOscillator振蕩頻率：缺點(diǎn)：頻率不能夠做高

MHz以下1、R太低，與運(yùn)放輸出電阻相當(dāng)，則運(yùn)放的輸出電阻影響選頻特性2、C太低，與晶體管結(jié)電容相當(dāng)，則結(jié)電容影響選頻特性1.LC并聯(lián)諧振回路r為電感和回路中的損耗電阻8.3LC正弦波振蕩電路當(dāng)信號(hào)角頻率為ω時(shí)，回路阻抗為ZLC并聯(lián)諧振回路的頻率特性8.3LC正弦波振蕩電路8.3LC正弦波振蕩電路諧振時(shí)8.3LC正弦波振蕩電路品質(zhì)因素Q：諧振時(shí)電感的感抗與其串聯(lián)損耗的電阻之比Q越大，電感存能作用越強(qiáng)，損耗越小，

曲線越陡越窄，選頻特性越好8.3LC正弦波振蕩電路諧振放大器LC并聯(lián)諧振電路為負(fù)載在諧振頻率處,放大倍數(shù)最大只要再加一個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)使相位條件滿足,就一定能夠產(chǎn)生正弦振蕩。反饋網(wǎng)絡(luò)(變壓器反饋、電容反饋、電感反饋)工作原理：變壓器反饋式LC振蕩電路

基本放大環(huán)節(jié)采用共射放大器或者共基極放大器，諧振時(shí)，放大倍數(shù)Au最大，只要改變變壓器的匝數(shù)比(反饋系數(shù)F），很容易滿足幅度條件|AF|>1，只需要利用變壓器的互感線圈，滿足相位條件，就一定能夠起振。1234初級(jí)線圈次級(jí)線圈同名端變壓器反饋式LC振蕩電路(+)(-)(+)判斷是否是滿足相位條件—相位平衡法1、判斷電路組態(tài)，找到反饋信號(hào)2、斷開反饋與放大器的輸入端3、在輸入端加一頻率為f0正極性信號(hào)4、用瞬時(shí)極性法判定反饋信號(hào)極性反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相，滿足相位條件變壓器反饋式LC振蕩電路(+)(+)(+)變壓器式振蕩器（幾MHz--幾十MHz）,頻率再高變壓器自身?yè)p耗大，無法將初級(jí)功率有效的耦合到次級(jí).三點(diǎn)式振蕩電路三點(diǎn)式諧振電路的構(gòu)成將LC選頻網(wǎng)絡(luò)中的L用2個(gè)電感代替,或?qū)用2個(gè)電容代替,并選擇合適電路結(jié)構(gòu)----三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式LC并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)注意：并聯(lián)諧振時(shí)，支路電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于總電流

iL與iC大小相等方向相反ColpittsOscillator考畢茨振蕩器電感三點(diǎn)式LC振蕩電路HartleyOscillator哈特萊振蕩器反饋電壓Uf

取自C2反饋電壓Uf

取自L2電感三點(diǎn)式LC振蕩電路反饋電壓Uf取自L2電容三點(diǎn)式LC振蕩電路反饋電壓Uf取自C2電壓比較器電壓比較器是將輸入信號(hào)與預(yù)設(shè)的電平進(jìn)行比較，而用輸出端的高電平或低電平來表示比較結(jié)果，它一般用于波形變換或者輸入電平識(shí)別8.3電壓比較器特點(diǎn)：運(yùn)放組成的電路處于非線性區(qū)種類：?jiǎn)蜗?、滯回和窗口比較器1.運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)：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)放在非線性區(qū)的分析方法：若UP＞UN

則UO=+UOM

若UP＜UN

則UO=-UOM

虛斷（運(yùn)放輸入端電流=0）

注意：此時(shí)不能用虛短！(但是在臨界點(diǎn)滿足虛短)0uoui+Uom-Uom線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)UO=Aod

(UP–UN

)一、單門限電壓比較器1、過零比較器（與零電平比較）這種電路可做為零電平檢測(cè)器，也可用于“整形”，將不規(guī)則的輸入波形整形成規(guī)則的矩形波uoui0+UOM-UOMuoui0+UOM-UOMtuituo+Uom-Uom利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲ㄒ?、單門限電壓比較器uoui0+UZ-UZ用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓輸出限幅電路——使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值當(dāng)ui>0時(shí),u’o=+Uom,uo=+UZ當(dāng)ui<0時(shí),u’o=-UOm,uo=-UZ

一、單門限電壓比較器2.一般單門限比較器（與參考電壓Uref

比較）uoui0+UZ-UZUref當(dāng)ui>Uref

時(shí),uo=+UZ當(dāng)ui<Uref

時(shí),uo=-UZ

一、單門限電壓比較器uoui0+UZ-UZUref若ui從反相端輸入一、單門限電壓比較器當(dāng)ui>Uref

時(shí),uo=-UZ當(dāng)ui<Uref

時(shí),uo=+UZ一、單門限電壓比較器輸入電壓與參考電壓在同一邊時(shí):虛短UTuoui0+UZ-UZa、高頻脈沖的邊緣不夠陡峭輸出電壓受運(yùn)放轉(zhuǎn)換時(shí)間的限制單限比較器應(yīng)用中存在的問題輸出波形邊緣不陡峭一、單門限電壓比較器b、抗干擾能力差若ui在參考電壓附近有噪聲或干擾，則輸出波形將產(chǎn)生錯(cuò)誤的跳變，如果對(duì)uo波形去計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值必然會(huì)多出許多，從而造成極大的誤差一、單門限電壓比較器特點(diǎn):電路中使用正反饋二.滯回比較器工作原理—兩個(gè)門限電壓1、當(dāng)uo=+UZ時(shí)，2、當(dāng)uo=-UZ時(shí)，UTH稱上門限電壓UTL稱下門限電壓UTH-UTL稱為回差電壓滯回比較器的電壓傳輸特性：uoui0+UZ-UZUTHUTL設(shè)ui

,當(dāng)ui=<UTL時(shí),uo從-UZ+UZ這時(shí),uo=-UZ

,

uP=UTL設(shè)初始值:

uo=+UZ

,

uP=UTH設(shè)ui,當(dāng)ui=>UTH時(shí),

uo從+UZ-UZ二.滯回比較器例:R1=10k,R2=10k,UZ=6V,Uref

=10V,求其電壓傳輸特性閾值電壓上下限：uoui08V2V傳輸特性+6V-6V二.滯回比較器2V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V2V傳輸特性+6V-6V輸入ui為如圖所示的波形時(shí),畫出輸出uo的波形

單限比較器和滯回比較器在輸入單向變化時(shí),輸出只跳變一次,窗口比較器是一種輸入單向變化,輸出跳變二次的比較器,即有二個(gè)閾值電壓:URL和URH應(yīng)用：測(cè)量某個(gè)電壓是否在一定的范圍內(nèi)三.窗口比較器D1,D2為普通二極管,保證單向?qū)щ娦訢Z為穩(wěn)壓二極管,保證輸出電平幅度三.窗口比較器URH>URL

1、當(dāng)輸入信號(hào)Ui

>

URH

Uo1

=+

Uom,Uo2=-UomD1導(dǎo)通,D2截止,Uo=

UZ2、當(dāng)輸入信號(hào)Ui

<

URL

Uo1

=-

Uom,Uo2=+UomD1截止,D2導(dǎo)通,Uo=UZ3、當(dāng)

URL<

Ui

<

URH

D1截止,D2截止,Uo=0Uo1

=-

Uom,Uo2=-Uom三.窗口比較器URH=8V,URL

=1V,Uz=5V

1V8Vuiuo5V0本章小結(jié)1．正弦波振蕩