正弦波振荡电路的组成及分类PPT学习教案

1、会计学1正弦波振荡电路的组成及分类正弦波振荡电路的组成及分类RC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路RCRC串并联网络振荡电路也称串并联网络振荡电路也称RCRC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路或称文氏振荡电路或称文氏振荡电路(Wien)(Wien)电路组成：电路组成：放大电路放大电路 集成运放集成运放 A ；选频与正反馈网络选频与正反馈网络 R、C 串并联电路；串并联电路；稳幅环节稳幅环节 RF 与与 R 组成的负反馈电路。组成的负反馈电路。第1页/共43页图图 8.1.4一、一、RC 串并联选频网络串并联选频网络Z1Z2)1)1(1111122112212211222212CRCRCCRRCR

2、CRCRRUUF j(j1jjf取取 R1 = R2 = R ， C1 = C2 = C ，令，令 RC10 则：则： )j(3100 F第2页/共43页得得 RC 串并联电路的幅串并联电路的幅频特性为：频特性为：2002)(31 F3arctg00F 相频特性为：相频特性为：时，时，当当RC10 31 F最大，最大， F = 0。 0 0 F0 F 01/3+90- -90图图 8.1.5第3页/共43页二、振荡频率与起振条件二、振荡频率与起振条件1. 振荡频率振荡频率RCf 2102. 起振条件起振条件1 FAf = f0 时，时，31 F由振荡条件知：由振荡条件知：所以起振条件为：所以起

3、振条件为：3 A同相比例运放的电压放大倍数为同相比例运放的电压放大倍数为即要求：即要求：RRAu Ff1RR 2F第4页/共43页三、振荡电路中的负反馈三、振荡电路中的负反馈(稳幅环节稳幅环节)引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。反馈系数反馈系数改变改变 RF，可改变反馈深度，可改变反馈深度。增加负反馈深度，并且满足。增加负反馈深度，并且满足3 A则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。弦波信号。图图

4、8.1.7RRRF F反馈电阻反馈电阻 RF采用负温度系数采用负温度系数的热敏电阻的热敏电阻，R采用正温度系数采用正温度系数的热敏电阻，均可实现的热敏电阻，均可实现自动稳幅。自动稳幅。第5页/共43页稳幅的其它措施稳幅的其它措施电流增大时，二极管动态电流增大时，二极管动态电阻减小。电流减小时，电阻减小。电流减小时，动态电阻增大，加大非线动态电阻增大，加大非线性环节，从而使输出电压性环节，从而使输出电压稳定。稳定。在在RF回路中串联二个并联的二极管回路中串联二个并联的二极管RrRAdFu1第6页/共43页四、振荡频率可调的四、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路用双层波段开关接

5、不同电容用双层波段开关接不同电容，作为振荡频率，作为振荡频率f0的的粗调粗调；用同轴电位器实现用同轴电位器实现f0的的微调微调。RC串、并联网络中，串、并联网络中，如何调节频率？如何调节频率？问题：如何提高频率问题：如何提高频率？RCf 210动画动画avi11-2.avi第7页/共43页一、一、 电压比较器的传输特性电压比较器的传输特性1.电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系)(OIufu 2.阈值电压阈值电压： UT当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。对应的输入电

6、压。3.电压传输特性的三要素电压传输特性的三要素(1)输出电压的高电平输出电压的高电平UOH和低电平和低电平UOL的数值。的数值。(2)阈值电压的数值阈值电压的数值UT。(3)当当uI变化且经过变化且经过UT时，时， uO跃变的方向。跃变的方向。第8页/共43页二、理想运放的非线性工作区二、理想运放的非线性工作区+UOMuOuP uN NO UOM集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性在电压比较器中，集成运放不是工作在开环在电压比较器中，集成运放不是工作在开环状态，就是工作在正反馈。状态，就是工作在正反馈。第9页/共43页单限比较器单限比较器一、过零比较器一、过零比较器由于理想运放的开环

7、差模由于理想运放的开环差模增益为无穷大，所以增益为无穷大，所以当当 uI 0 时，时，uO = - - UOM ；过零比较器的过零比较器的传输特性传输特性为：为：uIuO+UOM- -UOMOUOM 为集成运放的最大输出电压。为集成运放的最大输出电压。阈值电压阈值电压：当比较器的输出电压由一种状态跳变当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。为另一种状态所对应的输入电压。图图8.2.3第10页/共43页利用稳压管限幅的过零比较器利用稳压管限幅的过零比较器设任何一个稳压管被反向设任何一个稳压管被反向击穿时，两个稳压管两端总的击穿时，两个稳压管两端总的的稳定电压为的稳定电压为

8、UZ UOMuIuO+UOM - -UOMO+UZ- -UZ当当 uI 0 时，右边的稳压时，右边的稳压管被反向击穿，管被反向击穿，uO = - - UZ ；图图 8.2.6第11页/共43页利用稳压管限幅的过零比较器利用稳压管限幅的过零比较器(二二)电路图电路图传输特性传输特性uIuO+UOpp - -UOppO+UZ- -UZ问题：如将输入信号加在问题：如将输入信号加在“+”端，传输特性如何端，传输特性如何？第12页/共43页问题：问题：过零比较器如图所示过零比较器如图所示，输入为正负对称的正弦波时输入为正负对称的正弦波时，输出波形是怎样的？，输出波形是怎样的？vIOT 2 3 4 ttv

9、OVOHOVOL传输特性传输特性uIuO+UOpp - -UOppO+UZ- -UZ将正弦波变为矩形波将正弦波变为矩形波第13页/共43页二、单限比较器二、单限比较器单限比较器有一个门单限比较器有一个门限电平，当输入电压等于限电平，当输入电压等于此门限电平时，输出端的此门限电平时，输出端的状态立即发生跳变。状态立即发生跳变。2TREF1IRUuUR 当输入电压当输入电压 uI 变化，使反相变化，使反相输入端的电位为零时，输出端的输入端的电位为零时，输出端的状态将发生跳变，门限电平为：状态将发生跳变，门限电平为：uIuO+UOM- -UOMO+UZ- -UZREF12URR过零比较器是门限电平为

10、零过零比较器是门限电平为零的单限比较器。的单限比较器。图图 8.2.7R1R2第14页/共43页存在干扰时单限比较器的存在干扰时单限比较器的 uI、uO 波形波形单限比较器的单限比较器的作用作用：检测输入的模拟信号是否达到：检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。某一给定电平。缺点缺点：抗干扰能力差。：抗干扰能力差。解决办法解决办法： 采用具有采用具有滞回滞回 传输特性的比较器。传输特性的比较器。第15页/共43页电压比较器分析方法小结电压比较器分析方法小结（1）由限幅电路确定电压比较器的输出高电平）由限幅电路确定电压比较器的输出高电平UOH和输出低电平和输出低电平UOL 。（2）写出）写出u

11、p和和uN的电位表达式，令的电位表达式，令up=uN ，解得输，解得输入电压就是阈值电压入电压就是阈值电压UT。（3） u0在在uI 过过UT时的跃变方向决定于作用于集成时的跃变方向决定于作用于集成运放的哪个输入端。运放的哪个输入端。当当uI从反向输入端输入时，从反向输入端输入时，uIUT ,u0=U0L 。反之，结论相反。反之，结论相反。第16页/共43页例例8.2.1在图在图8.2.6所示电路中，所示电路中，UZ=6V ，在图在图8.2.7中中所示电路中，所示电路中， R1= R2 =5k ，基准电压，基准电压UREF=2V ，稳压，稳压管的稳定电压管的稳定电压UZ=5V ；它们的输入电压

12、均为图；它们的输入电压均为图8.2.8（a）所示的三角波。试画出图）所示的三角波。试画出图8.2.6所示电路的输出电压所示电路的输出电压u01和图和图8.2.7所示电路的输出电压所示电路的输出电压u02 解解图图8.2.6为过零比较器为过零比较器图图8.2.7为一般单限比较器。为一般单限比较器。VURRU2REF21T图图8.2.8例例8.2.1波形图波形图R1R2第17页/共43页8.2.3滞回比较器滞回比较器一、从反相输入端输入的滞回比较器电路一、从反相输入端输入的滞回比较器电路计算阈值电压计算阈值电压UTZ211TURRRU电压传输特性电压传输特性uo从从+ +UZ跃变到跃变到- -UZ

13、的的 阈值电压为阈值电压为+UTuo从从- -UZ跃变到跃变到+ +UZ的的 阈值电压为阈值电压为-UTuI在在-UT与与+UT之间增加或减小之间增加或减小, uO不发生变化不发生变化第18页/共43页UREF 为参考电压；为参考电压；uI 为输入电压；输出电为输入电压；输出电压压 uO 为为 +UZ 或或 - -UZ。当当 uP = uN N 时，输出电压时，输出电压的状态发生跳变。的状态发生跳变。ZF22REFF2FuRRRURRRuP比较器有两个不同的门限电平比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。，故传输特性呈滞回形状。 +UZuIuO - -UZOUT- -UT+ +图图

14、8.2.10滞回比较器滞回比较器二、加了参考电压的二、加了参考电压的滞回比较器滞回比较器第19页/共43页若若 uO= UZ ，当，当 uI 逐渐减小逐渐减小时，使时，使 uO 由由 UZ 跳跳变为变为 UZ 所需的门限电平所需的门限电平 UT ZF22REFF2FTURRRURRRU 回差回差( (门限宽度门限宽度) ) UT ：ZF22TTT2URRRUUU 若若 uO = UZ ，当，当 uI 逐渐增大逐渐增大时，使时，使 uO 由由 + +UZ 跳变跳变为为 - -UZ 所需的门限电平所需的门限电平 UT+ZF22REFF2FTURRRURRRU 第20页/共43页例例8.2.2已知输

15、入波形和电压传输特性，分析输出电压的波已知输入波形和电压传输特性，分析输出电压的波形。形。图图8.2.11例例8.2.2波形波形图图 UZ 9VV3URRRUZ211T图图8.2.9滞回比较器电路滞回比较器电路uO /Vt0+9-9第21页/共43页8.2.4 窗口比较器窗口比较器参考电压参考电压 UREF1 UREF2若若 uI 低于低于 UREF2 ，运放，运放 A1 输出低电平，输出低电平，A2 输出高电平，输出高电平，二极管二极管 VD1 截止，截止，VD2导通，输导通，输出电压出电压 uO 为高电平；为高电平；若若 uI 高于高于 UREF1 ，运放，运放 A1 输出高电平，输出高电

16、平，A2 输出低电输出低电平，二极管平，二极管 VD2 截止，截止，VD1 导通，输出电压导通，输出电压 uO 为高电平为高电平；图图 8.2.13双限比较器双限比较器( (a) )前面的比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃前面的比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃变一次，因而不能检测出输入电压是否在二个电压之间。变一次，因而不能检测出输入电压是否在二个电压之间。第22页/共43页当当 uI 高于高于 UREF2 而低于而低于 UREF1 时时 ，运放，运放 A1、 A2 均输出均输出低电平，二极管低电平，二极管 VD1 、VD2 均均截止，输出电压截止，输出电压 uO 为低电

17、平；为低电平；上门限电平上门限电平 UTH = UREF1 ；下门限电平下门限电平 UTL = UREF2 。uIuOOUTHUTL综上所述，双限比较器在输入信号综上所述，双限比较器在输入信号 uI UREF1 时，输出为高电平；而当时，输出为高电平；而当 UREF2 uI UREF1 时，输时，输出为低电平。出为低电平。图图 8.2.13( (b) )第23页/共43页8.2.5集成电压比较器集成电压比较器一、集成电压比较器的主要特点和分类：一、集成电压比较器的主要特点和分类：1. 具有较高的开环差模增益；具有较高的开环差模增益；2. 具有较快的响应速度；具有较快的响应速度；3. 具有较高的

18、共模抑制比和允许共模输入电压较高；具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高；4. 具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。分类：分类：单、双和四电压比较单、双和四电压比较通用型、高速型、低电压型和高精度型通用型、高速型、低电压型和高精度型普通、集电极（或漏极）开路输出或互补输出型普通、集电极（或漏极）开路输出或互补输出型第24页/共43页二、集成电压比较器的基本接法二、集成电压比较器的基本接法1.通用型集成电压比较器通用型集成电压比较器AD790引脚图引脚图+12V单电源单电源供电，供电，逻辑电逻辑电源为源为5V。5V双电双电源供电，源供电，逻辑电

19、源逻辑电源为为5V。1 15V双双电源供电电源供电，逻辑电，逻辑电源为源为5V。第25页/共43页2.集电极开路集成电压比较器集电极开路集成电压比较器LM119金属封装的管脚金属封装的管脚图图反相输入反相输入2同相输入同相输入2电路为双限比较电路为双限比较器，能实现线与器，能实现线与功能功能图图8.2.16由由LM119构成的双限比较器及构成的双限比较器及其电压传输特性其电压传输特性第26页/共43页8.3非正弦波发生电路非正弦波发生电路非正弦波非正弦波：矩形波、三角波、尖顶波和阶梯波等矩形波、三角波、尖顶波和阶梯波等图图8.3.1几种常见的非正弦波几种常见的非正弦波第27页/共43页8.3.

20、1矩形波发生电路矩形波发生电路一、电路组成一、电路组成RC 充放充放电回路电回路滞回滞回比较器比较器图图 8.3.2滞回比较器：集成运放、滞回比较器：集成运放、R1、R2；充放电回路：充放电回路：R、C；（延迟环节、反馈网络）（延迟环节、反馈网络）钳位电路：钳位电路：VDZ、R3。（稳幅环节）（稳幅环节）动画动画avi14-1.avi第28页/共43页二、工作原理二、工作原理设设 t = 0 时，时，uC = = 0，uO = + UZ则则Z211URRRu tOuCZ211URRR Z211URRR OuOZU ZU tu+u 当当 u = uC = u+ 时，时，t1t2Z211URRRu

21、 则则当当 u = uC = u+ 时，输出时，输出又一次跳变，又一次跳变， uO = + UZ输出跳变，输出跳变， uO = UZ图图 8.3.42T2T第29页/共43页三、振荡周期三、振荡周期电容的充放电规律：电容的充放电规律： )(e)()0()( CtCCCuuutu 对于放电，对于放电，Z211) 0(URRRuC Z)(UuC RC 解得：解得：)21ln(221RRRCT 结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻，即可改变振荡周期。阻，即可改变振荡周期。t1t22T2TtOuCZ211URRR Z211URRR OuOZU

22、ZU tt3图图 8.3.4振荡频率振荡频率f=1/TZ211)2(URRRTuC第30页/共43页四、占空比可调的矩形波发生电路四、占空比可调的矩形波发生电路图图 8.3.5a使电容的充、放电时间常数不使电容的充、放电时间常数不同且可调，即可使矩形波发生器的同且可调，即可使矩形波发生器的占空比可调。占空比可调。tOuCuOtOT1T2T充电时间充电时间 T1放电时间放电时间 T2)21ln()(221W1RRCRRT )21ln()(221W2RRCRRT 占空比占空比 DWW12RRRRTTD 图图 8.3.5b第31页/共43页8.5.2三角波发生电路三角波发生电路一、电路组成一、电路组

23、成图图8.3.6采用波形变换的方法得到三角波采用波形变换的方法得到三角波uO1为方波为方波电路分析电路分析uO2为三角为三角波波)()( )(d1OO01IOOIOtuttRCUtutuRCu第32页/共43页二、工作原理二、工作原理当当 u+ = u = 0 时，滞回比较时，滞回比较器的输出发生跳变。器的输出发生跳变。图图 8.3.8o2121o211uRRRuRRRu实用电路实用电路Z21TURRU阈值电压左边是同相输入滞回比较左边是同相输入滞回比较器右边为反向积分运算电器右边为反向积分运算电路路图图 8.3.7R3R4传输特性传输特性 +UT -UT +UZ -UZuOuI第33页/共4

24、3页二、工作原理二、工作原理OuO1ZU ZU tOuOomU omU t当当 u+ = u = 0 时，滞回比较时，滞回比较器的输出发生跳变。器的输出发生跳变。图图 8.3.9o2121o211uRRRuRRRuZ21TURRU阈值电压图图 8.3.7R3R4设设t=0时，时， uO1 = +UZ u0= 0 )()( )(d1OO013IOOI3OtuttCRUtutuCRu第34页/共43页三、输出幅度和振荡周期三、输出幅度和振荡周期Z21omURRU 解得三角波的解得三角波的输出幅度输出幅度当当 u+ = u = 0 时，时，uO1 跳变为跳变为 - -UZ， uO 达到最大值达到最大

25、值 Uom 。振荡周期振荡周期231Zom344RCRRUCURT调节电路中的调节电路中的R1 、 R2、R3阻值和阻值和C的容量，可改变振荡频率的容量，可改变振荡频率，调节调节R1 、 R2的阻值，可改变三角波的幅值。的阻值，可改变三角波的幅值。o2121o211uRRRuRRRu)()(OO013IOtuttCRUu第35页/共43页图图 8.3.10a8.5.3锯齿波发生电锯齿波发生电路路一、电路组成一、电路组成OuO1ZU ZU tOuOomU omU tT1T2T二、输出幅度和振荡周二、输出幅度和振荡周期期Z21omURRU 2W112RCRRT 2W122RCRRT 2W1212RCRRTTT 图图 8.3.10b正向积分时间常数远大于反正向积分时间常数远大于反向积分时间常数或者相反。向积分时间常数或者相反。TTD1动画动画avi14-4.avi第36页/共43页8.3.4波形变换电路波形变换电路（自阅）（自阅）一、三角波变锯齿波电路一、三角波变锯齿波电路二、三角波变正弦波电路二、三角波变正弦波电路1.滤波法滤波法2.折线法折线法第37页/共43页8.3.5