电子电路基础波形产生与整形电路.ppt

第六章 波形产生与整形电路,信号产生电路,(振荡器Oscillators),分类：,正弦波振荡:,非正弦波振荡：,RC 振荡器(1 kHz 数百 kHz),LC 振荡器(几百 kHz 以上),石英晶体振荡器(频率稳定度高),方波、,三角波、,锯齿波等,主要性 要求能：,输出信号的幅度准确稳定,输出信号的频率准确稳定,(1-2),第六章 波形产生与整形电路, 6.1 正弦波振荡电路的基本概念, 6.4 非正弦波振荡电路, 6.2 正弦波振荡电路, 6.3 波形整形电路,(1-3),正反馈放大电路如图示。（注意与负反馈方框图的差别）,1. 振荡条件,若环路增益,则,又,所以振荡条件为,振幅平衡条件,相位平衡条件,一、正弦波振荡器的振荡条件,(1-4),起振条件,2. 起振过程,振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？,电路器件内部噪声,当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现失真。,噪声中，满足相位平衡条件的某一频率0的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。,稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从 回到,(1-5),起振条件,1/Fu,Au = 1/Fu,O,ui,uo,Au,uo,Au Fu 1,Au Fu 1,Ui1,Uo1,Uf1,Ui2,Uo2,Uf2,Ui3,Uo3,Uf2,Ui4,Uo4,uf,起振,稳幅, ,3. 稳幅过程,(1-6),放大电路（包括负反馈放大电路）,1. 基本组成部分,反馈网络（构成正反馈的）,选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈 网络合二为一。）,稳幅环节,二、正弦波振荡器的组成及分类,2. 分类,RC 振荡器(1 kHz 数百 kHz),LC 振荡器(几百 kHz 以上),石英晶体振荡器(频率稳定度高),(1-7),一、RC 文氏桥式振荡电路,1. RC 串并联选频网络,式中: 0 = 1/RC,当 = 0 时, = 0,(1-8),2. RC 桥氏振荡电路,A = 2n,F = 0,2) 电路：,同相 放大器,1) 组成：,(1-9),3)振荡频率,4)振荡条件,Rf 不能太大，否则 正弦波将变成方波,应使：, ,(1-10),5)稳幅措施,热敏电阻稳幅,为使 Au 为非线性，起振时，应使 Au 3，稳幅后 Au = 3。,正温度系数,负温度系数,二极管稳幅,12.4 k R2 8.1 k,起振时信号小，二极管电阻大,Au 1 + (R2+ R3)/R1 3,R2 2R1 - R3,起振后二极管电阻逐渐减小，,Au 1 + R2/R1 = 3,为使失真小：,R2 2R1,f0 = 1.94 kHz,(1-11),类型：变压器反馈式 、 电感三点式、 电容三点式,L 的等效损耗电阻,(一) LC 并联回路的特性,Z,二、LC三点式振荡电路,如,即,则Z为纯电阻特性,因r很小,故有,(1-12),1. 谐振频率 f0,2. 谐振阻抗 Z0,3. 回路品质因数 Q,(1-13),4. 频率特性,Q 大,Q 小,Q 增大,幅频特性,相频特性,当 时,(1-14),5. 并联谐振的本质, 电流谐振,1)呈纯阻,2)形成环流，大小是总电流的 Q 倍,谐振时，LC回路从外界吸取的电流极小，对外界的影响可以忽略。,(1-15),(二)变压器反馈式振荡电路,2. 相位平衡条件,1. 电路结构,(1-16),虽然波形出现了失真，但由于LC谐振电路的Q值很高，选频特性好，所以仍能选出0的正弦波信号。,3. 幅值平衡条件,4. 稳幅,5. 选频,BJT进入非线性区，波形出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。,(1-17),(三）三点式 LC 振荡电路,把并联LC回路中的C或L分成两个，则LC回路就有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个极相连，就形成了LC三点式正弦波发生电路。它们又分为电感三点式和电容三点式两类。,三点的相位关系,A. 若中间点交流接地，则首端与尾端相位相反。,B. 若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。,(1-18),1、电容三点式振荡电路,考毕兹振荡器(Colpitts),如,即,则Z为纯电阻特性,(1-19),为了提高频率稳定性，串联小电容C3,C3,(1-20),2、电感三点式 振荡电路,M,优点：,缺点：,易起振(L 间耦合紧)；,易调节(C 可调)。,输出取自电感，对 高次谐波阻抗大， 输出波形差。,(1-21),四、石英晶体(Crystal)振荡电路,(一)石英晶体谐振器的阻抗特性,1. 结构和符号,化学成分 SiO2,结构,晶片,符号,(1-22),2. 压电效应,形变,形变,机械振动,外力,压电谐振 外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。,(1-23),3. 等效电路,Lq 晶体的动态电感(10-3 102 H)(大),Cq 晶体的动态电容( 0.1 pF)(小),rq 等效摩擦损耗电阻(小),Co 晶片静态电容(几 几十 pF),大,小,小,大,(1-24),4. 频率特性和谐振频率,容性,容性,感性,5. 使用注意,2)要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停振。,1)要接一定的负载电容 CL(微调)，以达标称频率。,(1-25),(二)石英晶体谐振电路,1. 串联型,f = fs，晶体呈纯阻,2. 并联型,fs f fp，晶体呈感性,(1-26),一、电压比较器(Comparer),功能：,类型,基本比较器,简单比较器(单门限),窗口比较器(双门限),迟滞比较器(施密特触发器),比较电压信号(被测试信号与标准信号)大小,作用：对变化缓慢或不规则的信号整形，使之变成边沿 陡峭的信号，也可剔除输入信号中的干扰信号。,(1-27),1. 基本比较器电路,对于开环或正反馈运放：,且 Aud很大,“”端电位高，负饱和,“+”端电位高，正饱和,(1-28),A. 串联型比较器电路,(1-29),B. 并联型比较器电路,(1-30),2. 集成电压比较器LM311,(1-31),LM311电路接法,(1-32),二、555集成定时器,1.电路组成,RS触发器,(1-33),2.基本功能,（5脚悬空时）,(1-34),1)电路和门限电压,三、迟滞比较器,1. 反相型迟滞比较器,正反馈,当 uI uP 时， uO = -UZ,当 uI uP 时， uO = +UZ,(1-35),特点：,2)传输特性,uO,UT+,UT-,UZ,-UZ,当 uI 逐渐增大时,只要 uI UT+ ，则 uO = UZ,一旦 uI UT+ ，则 uO = -UZ,当 uI 逐渐减小时,只要 uI U T- ，则 uO = -UZ,一旦 uI UT- ，则 uO = UZ,上门限,下门限,U = UT+ - UT-,回差 电压,uI 上升时与上门限比,uI 下降时与下门限比。,(1-36),2. 同相型迟滞比较器,若 UREF = 0,(1-37),传输特性,U = UT+ - UT-,(1-38),3. 555定时器构成的施密特触发器电路,(1-39),整 形,应用,整 形及抗干扰,(1-40),4. 单稳态触发器电路,(1-41),一、矩形波振荡电路,1. 用电压比较器构成的矩形波振荡电路,（1）工作原理,(1-42),（2）振荡频率,(1-43),2.占空比可调的矩形波振荡电路,要点：应改变C的充、放电时间常数,C放电时，放电电流经RT、二极管VD2、电位器的下半部。,C充电时，充电电流经电位器的上半部、二极管VD1、RT；,(1-44),3.单电源矩形波振荡电路,(1-45),4.用555构成的矩形波振荡电路,(1)电路结构及工作原理,(1-46),(2)振荡频率,1）充电过程,2）放电过程,