第7章 基于集成运放的信号产生与变换电路.ppt

第7章基于集成运放的信号产生与变换电路,信号转换电路（不讲）,7.4,正弦波振荡电路,7.1,非正弦波产生电路,7.2,波形变换电路（不讲）,7.3,7.1正弦波振荡电路,7.1.1概述,1.产生正弦波振荡的条件,正弦波振荡电路是一种信号发生电路，它不需外加任何输入信号，由电路自身就能产生一定频率和一定幅值的正弦输出信号。,在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：,f01pVf11pVf21pV:,1/31/101/10,f01/3pVf11/10pVf21/10pV:,f04/3pVf14/10pVf24/10pV:,4,起振条件：,要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合闸通电时对于f=f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。,输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。,2振荡的建立与稳定,振荡电路的起振条件为:,幅值很小频率丰富,振荡的建立与稳定过程：,频率趋于单一幅值逐渐增大,逐渐变为单一频率的稳幅振荡,3正弦波信号发生器的电路组成,1)放大电路：放大作用2)正反馈网络：满足相位条件3)选频网络：产生单一频率f0的振荡4)非线性环节（稳幅环节）：稳定输出幅值,常合二为一,1)是否存在四个主要组成部分；2)放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否可能正常传递，有没有被短路或断路；3)是否满足相位条件，即是否存在f0，是否可能振荡；4)是否满足幅值条件，即是否一定振荡。,4、分析方法,5正弦波振荡电路的分类,按选频网络所用元件分类：,（1）RC正弦波振荡电路,（产生1MHz以下）,（2）LC正弦波振荡电路,变压器反馈式,电感反馈式（电感三点式）,电容反馈式（电容三点式）,（产生几百千赫几百兆赫）,（3）石英晶体振荡器,串联型,并联型,（振荡频率非常稳定）,7.1.2RC正弦波振荡电路,可见，当时，最大，且。,RC串并联网络完整的频率特性曲线：,时，,时，,只要满足：即可。,能自动稳幅的振荡电路：,文氏桥振荡器,以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络、并引入电压串联负反馈，两个网络构成桥路，一对顶点作为输出电压，一对顶点作为放大电路的净输入电压，就构成文氏桥振荡器。,例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才能起振？振荡频率f0=？,解：起振条件：,振荡频率：,振荡频率连续可调的RC串并联选频网络,同轴电位器,7.1.3LC正弦波振荡电路,1LC并联谐振回路,一般情况下，,LC并联谐振回路呈纯阻性，称其发生并联谐振。,采用LC并联谐振回路作为选频网络，晶体三极管作为放大器件。,LC并联谐振回路的频率特性曲线：,时，,2变压器反馈式LC振荡电路,（1）相位平衡条件,（2）起振条件,利用晶体管的非线性使电路自动稳定输出幅值。,（3）振荡频率,特点：易起振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。,如何将N1和N2合二为一？,振荡频率：,3电感反馈（三点）式LC振荡电路,反馈电压取自哪个线圈？,电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电感三点式振荡电路。,特点：耦合紧密，易起振，振幅大；调节C可获得较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。,3电感反馈（三点）式LC振荡电路,首端,尾端,中间抽头,首端,尾端,中间抽头,4电容反馈（三点）式LC振荡电路,振荡频率：,特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。,反馈电压取自哪个电容？,4电容反馈（三点）式LC振荡电路,首端,尾端,中间抽头,首端,尾端,中间抽头,7.1.4石英晶体正弦波振荡电路,1.石英晶体,SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。,压电效应：晶片的两个电极间加一电场，会使晶体产生机械变形；相反，若在晶体上施加机械压力，又会在两个电极上产生相应的电场。,如果在晶片的两个电极间加的是交变电压，就会产生机械振动，同时机械振动又会产生交变电场,当外加交变电压的频率与晶片的固有频率相等时，机械振动的振幅达到最大，这种现象称为压电谐振。,时，,R、L、C支路发生串联谐振。,当频率高于fs小于fp时，R、L、C支路呈感性，当与C0发生并联谐振时，其振荡频率为：,由于CvP,vO立即由VZ变成VZ。,在vcVT+时，,vNvP,vO保持+VZ不变,2工作原理,（2）当vO=-VZ,则,此时，C向vO放电,再反向充电,vc达到VT-时，vO上跳。,当vO重新回到VZ后，电路又进入另一个周期性的变化。,3波形分析,4主要参数计算,T2阶段vc(t)的过渡方程为:,4主要参数计算,0,T/2,5占空比可调的矩形波发生电路,充电时间常数：,正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。,放电时间常数：,7.2.2三角波和锯齿波产生电路,1电路组成,用积分运算电路可将方波变为三角波。,2工作原理,若vO1=+VZ，vO，vP1。,当vP10时，vO1翻转为-VZ。,若vO1=-VZ，vO，vP1。,当vP10时，vO1翻转为+VZ。,2工作原理,3主要参数计算,发生跳变的临界条件：,振荡周期：,锯齿波发生电路,7.2.3压控振荡器,令，可得滞回比较器的阈值电压为：,（1）当vO=+VZ时,二极管导通，电容C充电，输出电压线性下降。,电路中，R1远大于R5,输出电压vO1线性下降的时间为:,（2）当vO=-VZ时,二极管截止，电容C放电，输出电压线性上升。,输出电压vo1线性上升的时间为:,由此可见，输出信号的振荡频率正比于输入电压vi,该电路也称为电压频率转换电路。,7.3波形变换电路,正弦波变方波、变矩形波、变二倍频，方波变三角波，三角波变方波，固定频率的三角波变正弦波,7.3.1三角波变锯齿波电路,利用电子开关改变比例系数,（1）开关断开,（2）开关闭合,（1）开关断开,（2）开关闭合,7.3.2三角波变正弦波电路,1滤波法,三角波用傅立叶级数展开，除基波外，还含有3次、5次谐波。,只要低通滤波器的上限截止频率小于基波的三倍频，即可得到频率等于基波频率的正弦波。,2折线近似法,图7.3.2用折线近似正弦波的示意图,图7.3.3三角波变正弦波电路,图7.3.2用折线近似正弦波的示意图,7.4信号转换电路,7.4.1电压电流转换电路,1.负载不接地电压电流转换电路（基本型）,2.负载接地电压电流转换电路,7.4.2电流电压转换电路,0,输出电压vo与输入电流成正比