波形发生和信号转换

第八章波形发生和信号变换电路,8.1正弦波振荡电路8.2电压比较器8.3非正弦波发生电路,重点：正弦波振荡的条件，正弦波振荡电路组成及其判别；电压比较器、非正弦波振荡电路的组成及其工作原理。,8.1正弦波振荡电路,一、产生正弦波振荡条件无外加信号：输出一定频率一定幅值的信号。,8.1.1概述,结构：没有输入信号且带选频网络的正反馈放大电路。,与负反馈放大电路的振荡不同：正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。,电扰动：对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：,达到平衡：由于半导体器件非线性特性及供电电源限制，最终达到动态平衡，稳定幅值。,一旦产生稳定的振荡，则电路的输出自动维持,振荡幅值平衡条件,振荡相位平衡条件,二、初始信号来源及起振条件1、初始信号来源：利用电路中瞬态扰动信号，通过选频网络选出所需频率信号。2、起振条件：,受放大环节非线性限制uoA|AF|=1uo稳定,要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在通电时对于f=f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。,电路如何从起振到稳幅？,稳定的振幅,三、正弦波振荡电路的组成和判据,放大环节,反馈网络,稳幅环节,选频网络,保证稳幅振荡,放大：使电路从起振到平衡，可以获得输出能量,满足相位条件：使放大电路的输入信号等于反馈信号,确定振荡频率，产生正弦波振荡,判断电路能否产生正弦波振荡的方法和步骤,（1）观察电路是否含有四个组成部分；,（2）判断放大电路能否正常工作（静态和动态）；,（3）利用瞬时极性法判断电路是否满足振荡相位平衡条件；,瞬时极性法：,断开反馈与放大电路的连接，在放大电路的输入端加瞬时信号。,（4）判断电路是否满足振荡幅值平衡条件。,Ui的极性Uo的极性Uf的极性若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。,四、分类,常用选频网络所用元件分类。1.RC正弦波振荡电路：几百千赫以下2.LC正弦波振荡电路：几百千赫几百兆赫3.石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定,8.1.2RC正弦波振荡电路,1、RC串并联网络的选频特性,一、RC桥式正弦波振荡电路,低频段,高频段,容抗大于电阻，Uf超前Uo，趋于90o，且Uf趋于零。,容抗小于电阻，Uf落后Uo，趋于90o，且Uf趋于零。,取f0=1/(2RC),若f=f0，则,uf/uo=1/3,|uf/uo|达最大值；uf与uo同相。,稳幅措施,电路构成,相位条件,起振条件,f=f0时,F=uf/uo=1/3只要A=1+Rf/R13起振条件满足。,振荡频率,f0=1/2RC,取Rf为负温度系数热敏电阻,2、振荡电路组成与起振,+,+,+,+,振荡频率连续可调的RC串并联选频网络,习题8.6试求解：（1）RW的下限值；（2）振荡频率的调节范围。,（1）根据起振条件,（2）振荡频率的最大值和最小值分别为,RW的下限值为2k。,定性分析：f低，Z取决于电感支路，呈感性。f越低Z越小。f高，Z取决于电容支路，呈容性。f越高Z越小。可证：中间某频率f=f0并联阻抗为纯阻，且达最大值。,一、LC谐振回路频率特性,f0：并联谐振频率，可证：,8.1.3LC正弦波振荡电路,选频放大电路,变压器反馈式电感反馈式电容反馈式,电路引入正反馈，反馈信号替代输入信号，构成正弦波振荡电路,二、变压器反馈式振荡电路,1、变压器绕组互为同名端相位相同；互为异名端相位相反。2、f=f0时，LC并联回路Z呈纯阻且为最大值。,相位条件,振荡频率,-,+,+,构成：共射放大电路、LC选频网络、变压器反馈构成正反馈环节。,三、电感反馈式振荡电路,交流通路：电感线圈引出三端点分别与晶体管三个极相连。,相位条件,振荡频率,L=L1+L2+2M,1,3,四、电容反馈式振荡电路,交流通路：电容引出三端点分别与晶体管三个极相连。,C=C1C2/(C1+C2),L(C)三点式简易相位判别法：只要性质相同的电抗元件的中点与三极管e极相连，则电路一定满足相位条件。,振荡频率,相位条件,1,3,例：利用相位平衡条件判断电路可否振荡。（参考教材P419）,例：为使电路振荡，标明变压器的同名端。（参考教材P419）,1,4,2,5,电路组成分析：,共射放大电路、L,C1,Cb构成选频网络，电容三点式选频。,利用瞬时极性法使电路满足振荡时的相位平衡条件。,工作原理分析：,例：为使电路振荡，修改电路中的错误。（参考教材P420）,L的连接使晶体管饱和，静态设置不合理。集电极无输出电阻，交流短路。,8.1.4石英晶体正弦波振荡电路,一、石英晶体的基本知识1、石英晶体的压电效应电极上加电场晶体机械变形晶体上加压力电极上产生电场,压电效应,电极上加交变电压晶体机械振动交变电场当f=f0时，晶体机械振动及交变电场显著增强。,压电谐振,固有谐振频率,2、石英晶体谐振器的等效电路,晶体静态用Co等效,谐振时L等效惯性C等效弹性R等效摩擦损耗,Z=jX(R忽略）,X=0:LC支路产生串联谐振串联谐振频率:,X:回路产生并联谐振并联谐振频率:,2、串联型石英晶体正弦波振荡电路,二、石英晶体正弦波振荡电路,1、并联型石英晶体正弦波振荡电路,特点：石英晶体的阻抗呈电感性，与外接电容构成并联谐振。振荡频率fpffs。,特点：石英晶体发生串联谐振，阻抗呈纯阻性，振荡频率为fs。,名称：常用选频网络命名：RC正弦波振荡电路，LC正弦波振荡电路，石英晶体正弦波振荡电路。适用范围：低频段小于1MHz，采用RC正弦波振荡电路高频段大于1MHz，采用LC正弦波振荡电路稳定的振荡频率，采用石英晶体正弦波振荡电路,正弦波振荡电路小结,8.2电压比较器,8.2.1概述,功能：比较两个电压的大小，在输出端以不同电平表示。要求：鉴别准确，反应灵敏，动作迅速，抗干扰能力强。电压比较器中集成运放工作状态：1、工作在开环或正反馈状态。2、输入输出关系非线性。虚短不成立！（仍有虚断）,比较器种类：单限比较器、滞回比较器、窗口比较器,8.2.2简单电压比较器,阈值uT：uo翻转时所对应的ui,分析电压传输特性：（1）输出高、低电平UOH、UOL（2）阈值电压UT（3）当uP经过UT时，UO跃变方向,一、过零比较器,含输出限幅电路的电压比较器,稳压管稳压值不同稳压管稳压值相同,二、单限比较器,绘制电压传输特性三要素1.依据限幅电路确定输出高低电平。2.令uP=uN求阈值电压。3.根据ui输入端与运放的连接，确定输出跃变方向。,单限比较器例题：,过零比较器,单限比较器,8.2.3滞回比较器,光检测电路,继电器开关,街灯,VCC,VREF,1.当输出uo为高电平uo=uz时，同相端受到uz和uREF同时作用,带参考电压的滞回比较器,2.当输出uo为低电平uo=-uz时，同相端受到-uz和uREF同时作用,例：已知输入和输出波形，判断是那种电压比较器，画出其电压传输特性。,结论：反相输入，带滞回特性的电压比较器。,8.2.4窗口比较器,特点：能检测出输入电压是否在两个给定电压之间。,一、过零比较器,二、单限比较器,三、滞回比较器,四、带参考电压的滞回比较,五、窗口比较器,8.3非正弦波发生电路,8.3.1矩形波发生电路,高电平