模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 波形的產(chǎn)生和變換電路

煮沸的水與冷卻的鐵高考后進(jìn)了一般的大學(xué)半年中沒勁地渡過，回到家中通紅通紅的鐵塊投入水中，水與鐵開始了較量生活好比冷水，你就是熱鐵，如果你不想自己被水冷卻，就得讓水沸騰。如果你不想平庸無色的生活“冷卻”了你的斗志，你就得用生命的激情與汗水把這盆冷水煮沸。第八章

波形的產(chǎn)生與變換電路正弦波振蕩電路RC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路電壓比較器矩形波發(fā)生器三角波發(fā)生器

鋸齒波發(fā)生器非正弦波發(fā)生器單限比較器

滯回比較器

窗口比較器8.1正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路：在沒有外加輸入信號的情況下，依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。應(yīng)用：測量、遙控、通信、熱處理、超聲波電焊一.產(chǎn)生正弦波振蕩的條件8.1.1概述帶通濾波器變換成正弦波振蕩電路P358如果：,ifX’X=則去掉,iX仍有信號輸出。反饋信號代替了放大電路的輸入信號。fiiXXX’+=正弦波振蕩的平衡條件：正弦波振蕩的平衡條件：（1）振幅條件：（2）相位條件：pjjnFA2=+n是整數(shù)要使振蕩從小到大建立起來，即“起振”的條件是：我們已經(jīng)知道，電路內(nèi)固有噪聲和瞬態(tài)過程就是起振的原始信號，它們的頻率非常豐富，我們可以用一個網(wǎng)絡(luò)把需要的頻率f0從噪聲或瞬態(tài)過程中挑選出來，而使其它的頻率分量有很大的衰減，具有這種功能的網(wǎng)絡(luò)叫做“選頻網(wǎng)絡(luò)”。

振蕩一旦建立，因?yàn)?，所以輸出幅度不斷增大，最后使輸出級的管子進(jìn)入飽和或截止區(qū)，輸出波形就會失真，因此正弦波振蕩電路一般還要有穩(wěn)幅電路。組成：1.放大電路:沒有放大電路就不能夠產(chǎn)生振蕩，要求結(jié)構(gòu)合理，靜態(tài)工作點(diǎn)合適，能實(shí)現(xiàn)能量的控制。2.選頻網(wǎng)絡(luò)——只對一個頻率滿足振蕩條件從而獲得單一頻率的正弦波輸出。3.正反饋網(wǎng)絡(luò)4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)——使輸出信號幅值穩(wěn)定二.正弦波振蕩電路組成及分類措施：

（

1）放大環(huán)節(jié)中的元件是非線性（2）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)放大電路的增益實(shí)用電路中常將選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一。分類：RC正弦波振蕩電路：振蕩頻率較低，一般在1MHz以下；LC正弦波振蕩電路：振蕩頻率較高，一般在1MHz以上；石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定。三.判斷電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的方法與步驟1.觀察電路是否包含放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四部分。2.判斷放大電路是否正常工作。3.利用瞬時極性法判斷電路是否滿足正弦波振蕩的相位條件即是正反饋。4.判斷電路幅值是否滿足起振條件。注意：只有在電路滿足相位條件的情況下，判斷是否滿足幅值條件才有意義。8.1.2RC正弦波振蕩電路一.RC

串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)低頻段等效電路高頻段等效電路利用RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正弦波振蕩電路的方框圖二、RC橋式正弦波振蕩電路電路穩(wěn)定，帶載能力強(qiáng)，輸出電壓失真小，應(yīng)用廣泛11f+=RRA1f2RR>引入負(fù)反饋：選：RC橋式正弦波振蕩電路（文氏橋）>32、利用二極管作為非線性環(huán)節(jié)穩(wěn)壓措施：1、Rf采用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻；R1采用正溫度系數(shù)熱敏電阻；11f+=RRA習(xí)題三三、振蕩頻率可調(diào)的RC橋式正弦波振蕩電路頻率可調(diào)范圍：幾赫茲－－－幾百千赫茲雙層波段開關(guān)進(jìn)行頻率粗調(diào)同軸電位器進(jìn)行頻率細(xì)調(diào)電子琴的振蕩電路：_+

+

RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21四.RC移相式振蕩電路

1.RC移相電路

（1）RC超前移相電路

（2）RC滯后移相電路

φA+90°+180°+270°0°φA-90°-180°-270°0°2.RC移相式振蕩電路

在

f0處滿足相位條件：振蕩頻率：RC正弦波振蕩器的適用范圍RC正弦波振蕩器只適用于低頻產(chǎn)生，原因有二：⑴因?yàn)閒0=1/2

RC，所以要提高f0，就要減小R、C的數(shù)值，R越小，放大電路的負(fù)載越重，C越小越易受寄生電容的影響，頻率不穩(wěn)。⑵集成運(yùn)放的帶寬較窄，例如741的單位增益帶寬fC=1MHz，由運(yùn)放構(gòu)成的RC正弦波振蕩器的頻率一般不超過1MHz。8.1.3LC正弦波振蕩電路1.LC諧振回路的頻率特性R為電感和回路中的損耗電阻并聯(lián)諧振。信號頻率較低時，網(wǎng)絡(luò)呈感性信號頻率較高時，網(wǎng)絡(luò)呈容性信號頻率為某一值時，網(wǎng)絡(luò)呈純電阻性，電阻很大只有當(dāng)為諧振頻率時，電壓放大倍數(shù)的數(shù)值最大，且無附加相移。而其它頻率，電壓放大倍數(shù)很小且有附加相移若在電路中引入正反饋，并能用反饋電壓取代輸入電壓，則電路就成為正弦波振蕩電路。根據(jù)反饋的方式不同，LC振蕩電路分類：變壓器反饋式電感反饋式電容反饋式判斷是否是滿足相位條件——相位平衡法：，1.斷開反饋到放大器的輸入端點(diǎn)，假設(shè)在輸入端加入一正極性的信號2.用瞬時極性法判定反饋信號的極性。若反饋信號與輸入信號同相，則滿足相位條件；否則不滿足。二.變壓器反饋式LC振蕩電路先提條件？例題：為使電路可能產(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＋＋＋＊＊（+）（+）（–）（+）

LC正弦波振蕩器舉例（–）滿足相位平衡條件2.振蕩頻率及起振條件變壓器反饋式振蕩電路的交流等效電路優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：變壓器式振蕩器：易于產(chǎn)生振蕩。輸出電壓的波形失真不大，應(yīng)用廣泛。變壓器式振蕩器：耦合不緊密，損耗較大。振蕩頻率穩(wěn)定性不高。振蕩頻率：三.電感反饋式LC振蕩電路（電感三點(diǎn)式）交流通路哈特萊振蕩器射同基反+UCCCC1L1L2+––+

+例：電感三點(diǎn)式振蕩電路正反饋中間抽頭接地振蕩頻率四.電容反饋式LC振蕩電路（電容三點(diǎn)式）振蕩頻率：考畢茲振蕩器+UCCC1C1LC2+––+

反相例：電容三點(diǎn)式振蕩電路正反饋中間抽頭接地振蕩頻率采用共基放大電路的電容反饋式振蕩電路優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：變壓器式振蕩器：易于產(chǎn)生振蕩。輸出電壓的波形失真不大，應(yīng)用廣泛。電感三點(diǎn)式：耦合緊密，振蕩頻率調(diào)節(jié)范圍較寬。電容三點(diǎn)式：輸出電壓波形好變壓器式振蕩器：耦合不緊密，損耗較大。振蕩頻率穩(wěn)定性不高。電感三點(diǎn)式：輸出電壓波形一般，常常用在對波形要求不高的設(shè)備中。電容三點(diǎn)式：調(diào)節(jié)振蕩頻率比較困難，常常用在固定振蕩頻率的場合。二、改錯：改正圖所示各電路中的錯誤，使電路可能產(chǎn)生正弦波振蕩。要求不能改變放大電路的基本接法（共射、共基、共集）。｜｜

｜｜例題：改正錯誤，使之有可能產(chǎn)生正弦波振蕩。要求不能改變放大電路的基本接法。改正電路原電路分析正弦波振蕩電路時應(yīng)注意的問題

⑴把選頻網(wǎng)絡(luò)的電容與耦合電容、旁路電容區(qū)別開來，耦合、旁路電容的容量相當(dāng)大，一般看成是交流短路。⑵滿足了相位平衡條件，說明電路有振蕩的可能，還要檢查是否滿足幅值平衡條件。若不滿足相位條件，肯定不能振蕩。三、試將圖所示電路合理連線，組成RC橋式正弦波振蕩電路。

8.5判斷圖所示各電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩，簡述理由。設(shè)圖（b）中C4容量遠(yuǎn)大于其它三個電容的容量。可能可能

8.11分別標(biāo)出圖所示各電路中變壓器的同銘端，使之滿足正弦波振蕩的相位條件。+_x+__x++_+_+x++++x+_++8.12分別判斷圖所示各電路是否滿足正弦波振蕩的相位條件。可能可能不可能不可能為生活設(shè)定目標(biāo)馬和驢在一戶人家是好朋友。人人都在忙碌，人人都沒有停下自己的腳步，可結(jié)果卻為何如此大相徑庭呢？關(guān)鍵在于有的人是“西行的馬”有的人是“原地打轉(zhuǎn)的驢”自己制定目標(biāo)并持之以恒地向前邁進(jìn)時，我們的生活也就掀開了新的一頁。8.2電壓比較器功能：對輸入信號進(jìn)行鑒幅與比較的電路應(yīng)用：組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元電路。廣泛應(yīng)用于測量和控制中。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：電壓比較器的組成特點(diǎn)電壓比較器的電壓傳輸特性電壓比較器的分析方法8.2.1概述一、電壓比較器的電壓傳輸特性

輸入模擬信號，經(jīng)電壓比較器后，輸出數(shù)字信號。

閾值電壓：使輸出電壓躍變的輸入電壓值。畫出電壓傳輸特性的三要素：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。二、集成運(yùn)放的非線性工作區(qū)電路開環(huán)電路引入正反饋電壓傳輸特性2.運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)：(1)若UP＞UN

則UO=+UOM；

若UP＜UN

則UO=-UOM。

(2)虛斷（運(yùn)放輸入端電流=0）

注意：此時不能用虛短！三、電壓比較器的種類單限比較器滯回比較器窗口比較器1。單限比較器：電路只有一個閾值電壓，當(dāng)輸入電壓經(jīng)過閾值時，輸出電壓產(chǎn)生躍變。2。滯回比較器電路有二個閾值電壓，當(dāng)輸入電壓從小到大經(jīng)過閾值時，輸出電壓只產(chǎn)生一次躍變；當(dāng)輸入電壓從大到小經(jīng)過另一閾值時，輸出電壓也只產(chǎn)生一次躍變。3。窗口比較器

電路有二個閾值電壓，當(dāng)輸入電壓從小到大過程中，輸出電壓產(chǎn)生二次躍變。1.過零比較器:8.2.2單限電壓比較器運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)電壓比較器輸入級的保護(hù)電路電壓比較器的輸出限幅電路兩只穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值不同兩只穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值相同穩(wěn)壓管接在反饋通路中電路的優(yōu)點(diǎn)：1。集成運(yùn)放的凈輸入電壓和凈輸入電流均近似為0，從而保護(hù)了輸入級。2。提高了輸出電壓的變化速度。二、一般單限比較器分析電壓傳輸特性的三要素：1。通過限幅電路，求UOL和UOH2。令UN和UP＝0，求閾值電壓UT3。輸入電壓為UT時，求UO的躍變方向。靈敏度高，但抗干擾差例題：電路如圖，輸入波形為（A），UREF＝2V，R1＝R2＝5k,求輸出波形。UT＝0VUZ＝＋6V、－6VUT＝－2VUZ＝＋5V、－5V8.2.3滯回比較器特點(diǎn):電路中使用正反饋——運(yùn)放工作在非線性區(qū)。具有一定的慣性，抗干擾性強(qiáng)。閾值電壓：輸出電壓：輸入電壓從小到大變化時，＋UT時躍變，從高電平躍變?yōu)榈碗娖?；輸入電壓從大到小變化時，－UT時躍變，從低電平躍變?yōu)楦唠娖?例題：R1=50k

，R2=100k

，UZ=9V。當(dāng)輸入ui為如圖所示的波形時，畫

出輸出uo的波形。有參考電壓的比較器電路閾值電壓：輸出電壓：輸入電壓從小到大變化時，＋UT2時躍變，從高電平躍變?yōu)榈碗娖?；輸入電壓從大到小變化時，－UT1時躍變，從低電平躍變?yōu)楦唠娖?總結(jié)：改變參考電壓的大小和極性，其電壓傳輸特性產(chǎn)生水平移動；改變穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電壓，其電壓傳輸特性產(chǎn)生垂直移動。3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V傳輸特性+6V-6V例題：設(shè)計(jì)一個電壓比較器，使其電壓傳輸特性如圖所示，要求所用電阻阻值在20－－100kΩ之間。解：從電壓傳輸特性得輸入電壓作用于同相輸入端8.2.4窗口比較器三種電壓比較器的分析方法：（1）在電壓比較器中，集成運(yùn)放多工作在非線性區(qū)，輸出電壓只有高電平和低電平。（2）用電壓傳輸特性來描述輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系。（3）電壓傳輸特性的三個要素是輸出電壓的高、低電平，閾值電壓和輸出電壓的躍變方向。

輸出電壓的高低電平?jīng)Q定于限幅電路；令uP=uN所求出的uI就是閾值電壓；

uI等于閾值電壓時輸出電壓的躍變方向決定于輸入電壓作用于同相輸入端還是反相輸入端。若作用于同相端則上跳反之亦然。8.2.5集成電壓比較器一、集成電壓比較器的主要特點(diǎn)和分類將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，是模擬電路和數(shù)字電路的接口電路。特點(diǎn)：響應(yīng)速度快，傳輸延遲時間短，一般不需要外加限幅電路可直接驅(qū)動集成數(shù)字電路。分類：單、雙、四電壓比較器通用型、高速型、低功耗型和高精度型普通、集電極開路輸出和互補(bǔ)輸出

二、集成電壓比較器的基本接法1。通用型集成電壓比較器AD7902。集電極開路集成電壓比較器LM119由LM119構(gòu)成的雙限比較器

及其電壓傳輸特性8.15試分別求解圖所示各電路的電壓傳輸特性。UOL＝－UD＝－0.2VUOH＝＋UZ＝＋6VUT＝0V。uO＝±UZ＝±8VUT＝－3V解：uO＝±UZ＝±6V。令

閾值電壓UT1＝0VUT2＝4V解：同相輸入的滯回比較器uO＝±UZ＝±6V。令

得出閾值電壓uO＝±UZ＝±5V±UT＝±3V

8.16已知三個電壓比較器的電壓傳輸特性分別如圖（a）、（b）、（c）所示，它們的輸入電壓波形均如圖（d）所示，試畫出uO1、uO2和uO3的波形。常見的非正弦波矩形波三角波鋸齒波尖頂波階梯波8.3非正弦波發(fā)生電路8.3.1矩形波發(fā)生電路一.電路組成及工作原理由滯回比較電路+RC定時電路構(gòu)成矩形波發(fā)生電路是其它非正弦波發(fā)生電路的基礎(chǔ)。設(shè)

uo

=

+UZ,

，uO給C充電,uc

，t無窮大時，0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦

uc>UT,就有

uN>uP,

uo

立即由＋UZ變成－UZ

；uN趨于+UZ，+UZUT+uctUT--UZ二、波形分析及主要參數(shù)反之亦然。因充電、放電時間常數(shù)相同，故為方波發(fā)生電路。三、占空比可調(diào)電路說明：改變電位器的滑動端可以改變占空比,但不能改變周期。P424例8.3.18.3.2三角波發(fā)生電路結(jié)構(gòu)：滯回比較器+反相積分器一.電路的組成實(shí)用三角波發(fā)生電路

將方波發(fā)生電路中的ＲＣ充放電回路用積分電路替代．互為輸入與輸出二、工作原理：各個分析:每個運(yùn)放的輸出與輸入的函數(shù)關(guān)系;注重聯(lián)系:各個運(yùn)放的相互聯(lián)系,得出電路功能.若uo1=+UZ，

uo↓，

uO=－uT↓uo1翻轉(zhuǎn)為-UZ。若uo1=-UZ，

uo↑，