模电第八章演示文稿

第八章波形发生和信号转换,8.1正弦波振荡电路,图8.1.2,即,二、正弦波振荡电路的组成及分类,1、组成（1）放大电路（2）选频网络（3）正反馈网络（4）稳幅环节2、分类（1）RC正弦波振荡电路(f01MHz)（2）LC正弦波振荡电路(f01MHz)（3）石英晶体正弦波振荡电路(f0很稳定),三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤1、观察电路是否包含了四个基本组成部分；2、判断放大电路能否正常工作，即是否有合适的静态工作点且动态信号能否输入、输出和放大；3、用瞬时极性法判断是否满足正弦波振荡的相位条件。,瞬时极性法断开反馈，在断开处加频率f0的输入电压，并给定其瞬时极性；然后以此为依据分析输出电压的极性，从而得到反馈电压的极性，若它和假设输入电压极性相同，则满足相位平衡条件，有可能产生正弦波振荡。,图8.1.3,4、判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件，即是否满足起振条件。即分别求解和，然后判断是否大于1。,只有在满足相位平衡的情况下，判断是否满足幅值条件才有意义。,8.1.2RC正弦波振荡电路一、RC串并联选频网络,图8.1.4,图8.1.5,令，则,幅频特性为,相频特性为,当f=f0时，即，F=0o。,二、桥式正弦波振荡电路,图8.1.6,f=f0时，所以,图8.1.7,在图8.1.7中,采用非线性环节，例如热敏电阻以稳定输出电压。,三、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路,图8.1.9,8.1.3LC正弦波振荡电路一、LC谐振回路的频率特性,图8.1.11,图8.1.10,谐振频率,选频放大器,图8.1.12,选频放大器引入正反馈,图8.1.13,二、变压器反馈式振荡电路,三、电感反馈式正弦波振荡电路,四、电容反馈式正弦波振荡电路,图8.1.20,图8.1.21,图8.1.22,图8.1.23,8.1.4石英晶体正弦波振荡电路,C0:静态电容，一般为几到几十皮法；L:等效机械振动惯性，一般为几毫亨到几十亨；C:晶体的弹性等效，一般为0.01到0.1皮法；R:晶体的摩擦损耗等效，一般为100欧姆。,由于CC0，所以fpfs。,当L、C、R支路串联谐振时，该支路呈纯阻性，串联谐振频率为fs，C0近似为开路，石英晶体等效为电阻；当ffs时，L、C、R串联支路呈容性，石英晶体等效为电容;当ffs时，L、C、R串联支路呈感性，和电容C0产生并联谐振，谐振频率为fp。当时ffp，石英晶体又呈容性。,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电路如图8.1.29所示，石英晶体等效为电感，和C1、C2组成电容反馈式正弦波振荡电路。振荡频率为fp。2、串联型石英晶体正弦波振荡电路电路如图8.1.30所示，石英晶体等效为电阻，振荡频率为fs。,图8.1.30,图8.1.29,8.2电压比较器,8.2.1概述一、集成运放的非线性工作区,二、电压比较器的电压传输特性,输出电压uO与输入电压uI的函数关系uO=f(uI)一般用曲线来描述，称为电压传输特性。,图8.2.1,电压比较器电压传输特性的三要素为：1、输出电压高电平和低电平值UOH和UOL；2、阈值电压值UT；阈值是指uO发生跃变时的uI值。3、当uI变化且经过UT时，uO跃变的方向，即是从UOH跃变为UOL，还是从UOL跃变为UOH。三、电压比较器的种类,1、单限比较器只有一个阈值电压，当输入电压uI逐渐增大或减小的过程中经过UT时，输出电压uO产生一次跃变。如图8.2.2(a)所示。,图8.2.2,2、滞回比较器有两个阈值电压。输入电压从小到大经过一个阈值时，输出电压产生一次跃变；输入电压从大到小经过另一个阈值时，输出电压产生又一次跃变；两次跃变方向相反。它相当于两个单限比较器的组合。如图8.2.2(b)所示。3、窗口比较器有两个阈值电压。输入电压从小到大或从大到小经过两个阈值时，输出电压产生两次不同方向的跃变。如图8.2.2(c)所示。电压传输特性上好象开了个窗口。,8.2.2单限比较器一、过零比较器,图8.2.3,图8.2.4,图8.2.5,图8.2.6,二、一般单限比较器,图8.2.7,令uN=uP=0，则求出阈值电压,8.2.3滞回比较器,图8.2.9,图8.2.10是加了参考电压的滞回比较器。这时，两个阈值电压不再对称。,图8.2.10,令uN=uP，求出的uI就是阈值电压，为,例8.2.2在图6.2.9电路中，R1=50K,R2=100K,UZ=9V，已知uI波形，试画出uO的波形。,图8.2.11,例8.2.3设计一个电压比较器，使其具有如图8.2.12（a）所示的电压传输特性。要求电阻在20100K之间。,解：,图8.2.12,若R1取为25K，则R2应取为50K；或各取为50K和100K。,8.2.4窗口比较器,图8.2.13,8.2.5集成电压比较器一、集成电压比较器的特点和分类,1、特点响应速度快，传输延迟时间短，一般不需要外加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和ECL等数字电路；有些芯片带负载能力强，可直接驱动继电器和指示灯。2、分类单、双和四电压比较器；通用、高速、低功耗、低电压和高精度型;普通输出、集电极（漏极）开路输出或互补输出型。此外，还有的集成电压比较器带有选通端。,二、集成电压比较器的基本接法1、通用型集成电压比较器AD790,图8.2.14,2、集电极开路集成电压比较器LM119,8.3非正弦波发生电路,图8.3.1,8.3.1矩形波发生电路一、电路组成和工作原理,图8.3.2,图8.3.3,滞回电压比较器相当于电子开关，它的开、关状态对应为输出电压+UZ和-UZ。RC回路作为延迟环节，又作为反馈网络。通过RC回路的充、放电，实现电子开关的状态转换。,二、波形分析及主要参数,图8.3.4,三、占空比可调的矩形波发生电路,图8.3.5,8.3.2三角波发生电路一、电路的组成,图8.3.6,将方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到三角波电压。,图8.3.7,二、实用三角波发生电路工作原理,令uP1=uN1，则阈值电压,输出电压表达式为,若初态时uO1正好跃变为+UZ，则,这时，积分电路反向积分，uO随时间增长而线性下降。据图8.3.8所示电压传输特性，一旦uO=UT，再稍减小，uO1将从+UZ跃变为UZ。则,这时，积分电路正向积分，uO随时间增长而线性增大。据图8.3.8所示电压传输特性，一旦uO=UT，再稍增大，uO1将从UZ跃变为UZ。回到初态，积分电路又开始反向积分。电路重复上述过程，产生自激振荡。波形如图8.3.9所示。,图8.3.8,图8.3.9,三、振荡频率,正向积分的起始值为UT，终了值为+UT，积分时间为T2，则,8.3.3锯齿波发生电路,图8.3.10,设电位器滑动端移到最上端，当uO1=+UZ时，uO随时间线性下降，输出电压,当uO1=Uz时，uO随时间线性上升，输出电压,8.3.4波形变换电路一、三角波变锯齿波电路,图8.3.11,当三角波上