第五章波形发生电路学习教案

1、会计学1第五章第五章 波形波形(b xn)发生电路发生电路第一页，共34页。比较器的工作原理和传输特比较器的工作原理和传输特性；正确理解由集成运放构性；正确理解由集成运放构成的矩形波、三角波和锯齿成的矩形波、三角波和锯齿波发生电路的工作原理、波波发生电路的工作原理、波形。形。本章主要(zhyo)内容第1页/共34页第二页，共34页。 AFoXdXfX5.1正弦波振荡电路(zhn dn din l)fidXXX若环路增益1 FA则， XXfd去掉， iXoX仍有稳定的输出。所以振荡条件为：1 FA1)()( FA振幅平衡条件 n2)()(fa 相位平衡条件即第2页/共34页第三页，共34页。1)

2、()(FA电路(dinl)器件内部噪声。 振荡电路中的选频网络，只使噪声中某一频率0 满足相位平衡条件，形成正反馈，成为振荡电路的输出信号；而其它频率的信号，则不满足相位平衡条件，逐渐被抑制掉。1)()(FA 振荡电路中的稳幅环节，将限制输出信号幅度无限增长，当输出信号达到一定值后，将使其稳定。一是可以另加稳幅电路；二是直接依靠放大电路中晶体管的非线性作用实现。第3页/共34页第四页，共34页。v 放大电路：能量控制，保证输出信号的幅度；v 反馈网络：引入正反馈；v 选频网络：确定输出信号为单一频率(pnl)的正弦信号；v 稳幅环节：使输出信号幅值稳定。 其中选频网络往往与反馈网络合二为一；振

3、荡电路中的稳幅环节，在分立元件放大电路中常依靠(yko)放大电路中晶体管的非线性作用实现，而不另加稳幅电路。 oXdXfX放大电路 反馈与 选频网络 第4页/共34页第五页，共34页。V2信号频率较高时：信号频率较高时： 1/C1R1，1/C2R2， 1/C2 0，V2近似为零近似为零可知：在频率为某一中间可知：在频率为某一中间值时，值时，V2为最大。为最大。相频特性：相频特性：0，1/C1 ，电路，电路呈电容性，呈电容性，V2超前超前V1约约90； ，1/C2 0，电路呈电阻性，电路呈电阻性，V2滞后滞后V1约约90。在某一。在某一中间频率，中间频率， V2与与V1同相。同相。RC串并联选频

4、网络(wnglu)低频(dpn)等效电路高频等效电路第5页/共34页第六页，共34页。RC串并联网络(wnglu)的频率特性1111ZRj C2222221/1RZRj Cj R C选频网络(wnglu)等效电路22222211211221212212111111(1)()RVZj R CFRVZZRj Cj R CRCjRCRCR C取：1212,RRRCCC令01RC201013()VFVj0013()Fffjff220013()F00arctan3 第6页/共34页第七页，共34页。RC串并式正弦波振荡器F12RR F12RR13F 3ARF 不能太大，否则(fuz)正弦波将变成方波。R

5、Cf 210采用热敏电阻稳幅，反馈(fnku)电阻RF具有负稳定系数。输出电压幅度小时，电流小，温度低，RF阻值大，放大倍数高，反之，输出电压幅度大时，RF阻值小，放大倍数变小。第7页/共34页第八页，共34页。类型(lixng)：变压器反馈式 、 电感三点式、 电容三点式变压器反馈(fnku)式 LC 振荡电路L 的等效(dn xio)损耗电阻/11j()L RCZLRRC一、 LC 并联回路的特性1. 谐振频率 f0 1 0，LC LCf210 2. 谐振阻抗 Z00LZRC3. 回路品质因数 Q 0011 LLQCR RCR CQLQZ00 0 0第8页/共34页第九页，共34页。4.

6、频率特性幅频特性相频特性5. 并联谐振(xizhn)的本质 电流谐振(xizhn)LuCr +iiLiC1) Z = Z0呈纯阻2)形成环流，大小(dxio)是总电流的 Q 倍IQILLQIZZIILLC 000LCII ICILUI第9页/共34页第十页，共34页。二、 变压器反馈(fnku)式LC正弦波振荡电路 虽然波形出现(chxin)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。1、 相位(xingwi)平衡条件：正反馈2、 幅值平衡条件3、 稳幅4、 选频 通过选择高hfe值的BJT和调整变压器的匝数比，可以满足1 FA，电路可以起振。 BJT进入非线

7、性区，波形出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。变压器反馈式LC振荡器+-+第10页/共34页第十一页，共34页。石英(shyng)晶体振荡器的结构第11页/共34页第十二页，共34页。一、石英(shyng)晶体的基本特性与等效电路交变电压机械振动交变电压 机械振动的固有频率( yu pn l)与晶片尺寸有关，稳定性高。 当交变电压频率 = 固有频率( yu pn l)时，振幅最大。压电谐振极板间加电场极板间加机械力晶体机械变形晶体产生电场压电效应石英晶体振荡器符号和等效电路第12页/共34页第十三页，共34页。s12fLC 串联(chunlin)谐振频率：p0000112()ssCffC

8、CCLCCfCC 并联谐振(xizhn)频率： 因为 fs 和 fp 越接近，石英晶体呈感性(gnxng)的区域（ fs f fp ）就越窄，其选择性就越好。 石英晶体的品质因数很高，Q =104 106 ；振荡频率取决于石英晶体的固有频率，具有很高的频率稳定度。电抗频率特性第13页/共34页第十四页，共34页。二、 石英晶体(jngt)正弦波振荡电路并联型：当工作频率在fs和fp之间的极窄的范围内，晶体(jngt)等效为一个高Q值的电感参与组成的等效电路。第14页/共34页第十五页，共34页。第15页/共34页第十六页，共34页。5.2电压(diny)比较器功能：比较电压信号(xnho)(被

9、测试信号(xnho)与标准信号(xnho)大小。类型(lixng)基本比较器简单比较器(单门限)窗口比较器(双门限)滞回比较器(施密特触发器)门限电压，阈值电压，触发电平：使比较器的输出电压从一个电平跳转到另一个电平时输入电压值。第16页/共34页第十七页，共34页。 vo VOL VOH v+- v- O 理想集成运放(yn fn)工作于非线性区 电路中没有引入负反馈或引入的是正反馈，理想运放工作于非线性区。因其放大倍数趋于无穷大，所以输出电压(diny)只有两种可能：0 0所以，所以，, ,因为因为iiridOHOLoVvvvVvv i+ A + - v- vo v+ i- 反馈网络 A

10、- + v+ vo v- i+ i- 第17页/共34页第十八页，共34页。电路(dinl)传输(chun sh)特性特点:1)工作在非线性区2)不存在虚短 (除了vI = VREF 时) 3)存在虚断门限电压VREF门限电压 VT第18页/共34页第十九页，共34页。电路(dinl)传输(chun sh)特性双向稳压管限幅过零比较器应用波形第19页/共34页第二十页，共34页。单限比较器的传输(chun sh)特性滞回比较器的传输(chun sh)特性滞回比较器的阈值电压与过去的输出状态有关。滞回比较器的传输特性第20页/共34页第二十一页，共34页。滞回比较(bjio)器电路电路(dinl

11、)中正反馈将输出电压引入输入端，使阈值电压与输出电压的状态有关。比较器输出跳变的临界条件：v-=v+利用叠加原理，有：111FOREFFFRRvvVRRRROOOVvV其中：当输入电压从小向大变化时，得到上限门限电压：1111FOREFFFRRVVVRRRR当输入电压从大向小变化时，得到下限门限电压：1211FOREFFFRRVVVRRRR回差电压：1121()HOOFRVVVVVRR第21页/共34页第二十二页，共34页。甄别超过指定(zhdng)电平的脉冲个数整形（把前、后沿很差的脉冲(michng)变换为矩形波）双限比较器（窗口比较器）电路传输特性第22页/共34页第二十三页，共34页。

12、第23页/共34页第二十四页，共34页。方波发生器电路(dinl)5.3非正弦波发生器第24页/共34页第二十五页，共34页。方波发生器电路(dinl)波形图滞回比较器输出电压发生跳变(tio bin)的条件： vv11ZOOOZFOFVvRvvFvFVRRv为高电平为低电平电路振荡过程：初始时，电容电压不能突变，v-=vC=0,而由于正反馈的作用，vO的初始值可为+VZ或-VZ。这里假设vO=+VZ，则vO通过R向C充电，vC。当vC=v-=v+=FVZ时，vO跳变到-FVZ，则C开始放电，vC，直到vC=v-=v+=-FVZ时，vO跳变到FVZ。如此循环，自激振荡便建立起来，得到连续的方波

13、输出。第25页/共34页第二十六页，共34页。1122ln(1)FRTTRCR则方波周期为：振荡(zhndng)频率为：122ln(1)FRTRCR1122ln(1)FfRRCR方波的幅度由稳压管的稳压值决定。为了得到(d do)较好的前后沿的方波，应选用转换速率较高的运放。第26页/共34页第二十七页，共34页。1132ln(1)FRTR CR1242ln(1)FRTR CR 13412()ln(1)FfRRR CR1131234TTRTTTRR 第27页/共34页第二十八页，共34页。 R R C vo A2 - - + C1 R3 vC R4 Vz A1 - - + vo1 R2 R1

14、t O +VZ -VZ vO1 t O vo 积分电路可将方波变为三角波，所以(suy)三角波电路 = 方波电路 + 积分电路。第28页/共34页第二十九页，共34页。 + + C vo A2 - - R R3 Vz A1 - - vo1 R1 R2 实用电路中，一般采用三角波-方波发生电路，可以同时(tngsh)获得三角波和方波信号。 +UT -UT +UZ O uo1 -UZ uO 工作原理：滞回比较器的RC 充、放电回路用积分电路取代，积分电路和滞回比较器的输出互为另一个电路的输入，当电路极性配合适当时，可以在滞回比较器输出方波信号(xnho)，在积分电路输出三角波信号(xnho)。 t O +VZ -VZ vO1 t O vo 第29页/共34页第三十页，共34页。12112120OORRvvvRRRR1OZOOMvVvV 21OMZRVVR（输出(shch)幅度）振荡周期：积分电路的输出电压由零上升(shngshng)到VOM所需时间为振荡周期的1/4。由积分电路输出和输入的关系，有：401()TZOMVdtVRC4ZOMVTVRC2144OMZVRTRCRCVR振荡周期124RfRCR振荡频率第30页/共34页第三十一页，共34页。 Rw D2 D1 + + R C vo A2 - -