第8章波形的发生和信号的转换

1、2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 1 页页第8章 波形的发生和信号的转换8.1 8.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路8.2 8.2 电压比较器电压比较器8.3 8.3 非正弦波发生电路非正弦波发生电路8.4 8.4 信号的转换信号的转换2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 2 页页8.18.1 正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成一、正弦波振荡的条件和电路的组成二、二、RCRC正弦波振荡电路正弦波振荡电路三、三、LCLC正弦波振荡电路正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振

2、荡电路2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 3 页页一、正弦波振荡的条件和电路的组成一、正弦波振荡的条件和电路的组成1 1. .正弦波正弦波振荡的条件振荡的条件 无外加信号，输出一定频率一定幅值无外加信号，输出一定频率一定幅值的正弦波信号的正弦波信号。 与负反馈放大电路振荡的不同之处：在正弦波振荡电路与负反馈放大电路振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。中引入的是正反馈，且振荡频率可控。在电扰动下，对于某一特定频率在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：的信号形成正反馈：oioXXX 由于半导体器件的非线性特性由

3、于半导体器件的非线性特性及稳幅电路的及稳幅电路的限制，限制，最最终输出稳定终输出稳定在一定的幅值。在一定的幅值。2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 4 页页1.1.正弦波振荡的条件正弦波振荡的条件AF112 AFAFn 一旦产生稳定的振荡，则一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即电路的输出量自维持，即ooXAFX 幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件1AF 起振条件：起振条件： 要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在，且在合闸通电时对于合闸通电时对于f = f0信号有从小到大直至稳幅

4、的过程，信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。即满足起振条件。2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 5 页页2.2.起振与稳幅：起振与稳幅：输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到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。仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。很多种频率很多种频率2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 6 页页频率逐渐变频率逐渐变为单一为单一2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 7 页页振幅越来越大振幅越来越大

5、2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 8 页页趋于稳幅趋于稳幅2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 9 页页2.2.起振与稳幅起振与稳幅1AF 电路如何从起振到稳幅？电路如何从起振到稳幅？)(ifXXoXooXAAA1F稳定的稳定的振幅振幅非线性环节非线性环节的必要性！的必要性！1F1F2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 10 页页3.3.基本组成部分基本组成部分1) 放大电路：放大作用放大电路：放大作用2) 正反馈网络：满足相位条件正反馈网络：满足相位条件3)

6、 选频网络：选频网络：确定确定 f0，保证电路产生正弦波振荡保证电路产生正弦波振荡4) 非线性环节（稳幅环节）：稳幅非线性环节（稳幅环节）：稳幅常合二为一常合二为一4.4.分类分类常用常用选频网络所用元件选频网络所用元件分类。分类。1) RC正弦波振荡电路：正弦波振荡电路：1兆赫兆赫以下以下2) LC正弦波振荡电路：几百正弦波振荡电路：几百千赫千赫几百几百兆赫兆赫3) 石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 11 页页1) 是否是否存在存在四个四个主要主要组成部分组成部分；（；（放

7、大电路、选频网络、正放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节反馈网络和稳幅环节）2) 放大电路能否正常工作，即是否有合适的放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否点，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路可能正常传递，没有被短路或断路；3) 是否满足相位条件，即是否存在是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡，是否可能振荡 ；（利；（利用用瞬时极性法瞬时极性法）4) 是否满足幅值条件，即是否满足幅值条件，即是否满足起振条件。是否满足起振条件。5.5.判断方法和步骤判断方法和步骤2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 12 页页相位条件

8、的判断方法：瞬时极性法瞬时极性法断开反馈，在断开处给放大电路加断开反馈，在断开处给放大电路加 ff0的信号的信号Ui，且规且规定其极性，然后根据定其极性，然后根据 Ui的极性的极性 Uo的极性的极性 Uf的极性的极性若若Uf与与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。可能产生自激振荡。 在多数正弦波振荡电路在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。反馈量均为电压量。 iU极性？极性？2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 13 页页二、二、RC

9、RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路（桥式桥式）1.RC1.RC串并联选频网络串并联选频网络低频段低频段高频段高频段fF0 090fU ，fF 090fU ，Uo.Uf.I.Uo.Uf.I. 在频率从在频率从0中必中必有一有一个频率个频率f0，F = 0。2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 14 页页fo1j 11j j RUCFURRCC 1 13j( ) FRCRCRC串并联选频网络的频率响应当当 f = f0时，时，不但不但 =0，且，且 最大，为最大，为1/3。F000112 3j()fFffRCff令 ，则 2022年年3月月23日星期三日星

10、期三Shandong University第第 15 页页RC串并联选频网络的频率响应2f212o12121221211j 1111(1)j( )j j RUCFRCURRRCCCRCR C故故0121212 fR R C Cmax122111FRCRC1212,CCRR 若 2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 16 页页1)是否可用共射放大电路？是否可用共射放大电路？2)是否可用共集放大电路？是否可用共集放大电路？3)是否可用共基放大电路？是否可用共基放大电路？4)是否可用两级共射放大电路？是否可用两级共射放大电路？2.2.电路组成电路组成 应为

11、应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电、输入电阻趋于无穷大、输出电阻趋于阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。的放大电路。不符合相位条件不符合相位条件不符合幅值条件不符合幅值条件输入电阻小、输出输入电阻小、输出电阻大，电阻大，影响影响 f0 可可引入电压串联负反馈，引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于使电压放大倍数大于3，且，且Ri大、大、Ro小，对小，对f0影响小影响小2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 17 页页3.RC 3.RC 桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）桥式正弦波振荡电路（文氏桥

12、振荡器）用同相比例运算电路作放大电路。用同相比例运算电路作放大电路。 因同相比例运算电路有非常好的因同相比例运算电路有非常好的线性度，故线性度，故 R 或或 Rf 用热敏电阻，或用热敏电阻，或加二极管作为非线性环节。加二极管作为非线性环节。文氏桥振荡文氏桥振荡器的特点？器的特点？f12RR 以以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络、并引入电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。振荡器。

13、2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 18 页页频率可调的文氏桥振荡器 改变电容以粗调，改变电改变电容以粗调，改变电位器滑动端以微调。位器滑动端以微调。 加稳压管可以限制输出电加稳压管可以限制输出电压的峰压的峰-峰值。峰值。同轴同轴电位器电位器2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 19 页页2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 20 页页起振阶段波形起振阶段波形稳定波形稳定波形2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 21

14、页页讨论一：合理连接电路，组成文氏桥振荡电路？合理连接电路，组成文氏桥振荡电路？2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 22 页页讨论二：判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？RC 移项式电路移项式电路RC 双双T选频网络选频网络iU 选频网络和正反馈选频网络和正反馈网络是两个网络。网络是两个网络。1) RC 移相电路有几级才移相电路有几级才可能产生正弦波振荡？可能产生正弦波振荡？2) 若若R 和和C 互换呢？互换呢？正反馈正反馈网络网络选频选频网络网络2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong Unive

15、rsity第第 23 页页222222114oiUR CUR CjRC01=0oiURCU 当时，01T2fRC故称为双 网络的谐振频率双双T网络带阻滤波器网络带阻滤波器2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 24 页页三、三、LCLC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 1 1.LC.LC并联并联网络的网络的频率频率特性特性 0112 LQfRCLC， 理想理想LC并联网络并联网络在谐振时在谐振时呈纯阻性，且呈纯阻性，且阻抗无穷大。阻抗无穷大。012 fLC谐振频率为谐振频率为在损耗较小时，品质因数及谐振频率在损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗损耗 在在f

16、= f0时，电容和电感中电流各约为多少？时，电容和电感中电流各约为多少？ 网络的电阻为多少？网络的电阻为多少？2Q R0QI2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 25 页页 构成正弦波构成正弦波振荡电路最简振荡电路最简单的做法是通单的做法是通过变压器引入过变压器引入反馈。反馈。附加相移附加相移LC选频放大电路正弦波振荡电路 当当 f = f0时，电时，电压放大倍数的数压放大倍数的数值最大，且附加值最大，且附加相移为相移为0。放大电路放大电路反馈网络反馈网络Uo共射电路共射电路A=-2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong Univers

17、ity第第 26 页页2 2. .变压器反馈式变压器反馈式电路电路)(0iffUfUC1是必要的吗？是必要的吗？特点：特点： 易振，波形较好；耦合不紧密，易振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。损耗大，频率稳定性不高。分析电路是否可能产生正弦分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：波振荡的步骤：1) 是否存在四个组成部分是否存在四个组成部分2) 放大电路是否能正常工作放大电路是否能正常工作3) 是否满足相位条件是否满足相位条件4) 是否可能满足幅值条件是否可能满足幅值条件 为使为使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。电路。必

18、须有合适的必须有合适的同同名名端端！如何组成？如何组成？2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 27 页页3.3.电感反馈式电路电感反馈式电路反馈电压取自哪个线圈？反馈电压取自哪个线圈？反馈电压的极性？反馈电压的极性？)(0iffUfU必要吗？必要吗？ 电感的三个抽头分别接晶电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电体管的三个极，故称之为电感三点式电路。感三点式电路。电路特点？电路特点？2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 28 页页3 3. .电感反馈式电路电感反馈式电路特点：耦合紧密，易振，振特点：耦

19、合紧密，易振，振幅大，幅大，C 用可调电容可获得用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。较差，常含有高次谐波。1 AFNAF因为放大电路的输入电阻就是它自身的负载，故 与具有相关性；若增大，则增大，减小。 由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高高次谐波次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 29 页页4.4.电容反馈式（电容三点式）电路电容反馈式（电容三点式）电路iUfU01

20、21212()fL C CCC 若要振荡频率高，则若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当的取值就要小。当电容电容减减小到一定程度小到一定程度时时，晶体管的极间电容将并联在，晶体管的极间电容将并联在C1和和C2上，影上，影响振荡频率。响振荡频率。1201 2CCCCfLC若且，则特点：特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。C与放大电路参数无关与放大电路参数无关作用？作用？2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 30 页页四、石英晶体正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路SiO2结

21、晶体按一定方向切割的晶片。结晶体按一定方向切割的晶片。压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。容性容性感性感性阻性阻性0sp1 2CCffLC因，故 一般一般LC选频网络的选频网络的Q为几百，石英晶体的为几百，石英晶体的Q可达可达104106；前者；前者f/f为为10-5，后者可达，后者可达10-1010-11。1 1. .石英晶体石英晶体的特点的特点2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 31 页页2.2.电路电路 石英晶体工作在哪

22、个区？石英晶体工作在哪个区？ 是哪种典型的正弦波振荡是哪种典型的正弦波振荡电路？电路？ 石英晶体工作在哪个区？石英晶体工作在哪个区？ 两级放大电路分别为哪种两级放大电路分别为哪种基本接法？基本接法？ C1的作用的作用？是？是必需必需的吗？的吗？（1）并联型电路）并联型电路（2）串联型电路）串联型电路2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 32 页页讨论一：改错，使电路有可能产生正弦波振荡改错，使电路有可能产生正弦波振荡同名端对吗？同名端对吗？放大电路能放大吗？放大电路能放大吗？各电容的作用？各电容的作用？2022年年3月月23日星期三日星期三Shand

23、ong University第第 33 页页讨论二：三个电路有什么相同之处？同名端同名端？iU能产生正弦能产生正弦波振荡吗？波振荡吗？“判振判振”时的注意事项：时的注意事项：1. 放大电路必须能够正常工作放大电路必须能够正常工作，分清放大，分清放大电路的基本接法；电路的基本接法；2. 断开反馈，在断开处加断开反馈，在断开处加 f = f0的输入电压；的输入电压；3. 找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 34 页页8.28.2 电压比较器一、概述一、概

24、述二、单限比较器二、单限比较器三、滞回比较器三、滞回比较器四、窗口比较器四、窗口比较器五、集成电压比较器五、集成电压比较器2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 35 页页一、概述一、概述1 1. .电压电压比较器的功能比较器的功能：对输入信号进行鉴幅与比较对输入信号进行鉴幅与比较。 输入电压是模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高输入电压是模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况，为二值信号。使输出产生跃变的输电平和低电平两种情况，为二值信号。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。入电压称为阈值电压。 广泛用于各种报警电路。广泛

25、用于各种报警电路。2 2. .电压电压比较器的描述比较器的描述方法方法: :电压传输特性电压传输特性 uOf(uI)电压传输特性的三个要素：电压传输特性的三个要素：（1）输出高电平）输出高电平UOH和输出低电平和输出低电平UOL（2）阈值电压）阈值电压UT（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 36 页页3.3.几种常用的电压比较器几种常用的电压比较器（1）单限比较器：只有一个阈值电压）单限比较器：只有一个阈值电压（3）窗口比较器：）窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电

26、压单调变化时输出电压跃变两次。有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。（2）滞回比较器：具有滞回特性）滞回比较器：具有滞回特性 输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。单调变化使输出电压只跃变一次。T1T2UUU回差电压：回差电压：2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 37 页页4.4.集成运放的非线性工作区集成运放的非线性工作区电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈理想运放工作在非线性区的特点：理想运放工作

27、在非线性区的特点：1)净净输入电流输入电流为为 0 （差模输入电阻无穷大差模输入电阻无穷大）2) uP uN时，时， uO=UOM uP 0 时时 uO = UOM ； uI 0 时时 uO = UOM 集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入级，需加输入端限幅电路。放的输入级，需加输入端限幅电路。二极管限幅电路使净输二极管限幅电路使净输入电压最大值为入电压最大值为UD1 1. .过过零比较器零比较器必要吗？必要吗？2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 39 页页输出限幅电路 为适应负载对电

28、压幅值的要求，输出端加限幅电路。为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。UOH = ( UZ1 UD2) UOL = ( UZ2 UD1)UOH = UOL = UZUOH = UZ UOL = UD 不可缺少！不可缺少！为使为使UOL接近接近0，怎么办？怎么办？锗管锗管2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 40 页页输出限幅电路uO = UZ（1）保护输入端）保护输入端（2）加速集成运放状态的转换）加速集成运放状态的转换电压比较器的分析方法：（1 1）写出写出 uP、uN的表达式，的表达式，令令uP = uN，求解出的求解出的 uI即为即为U

29、T；（2 2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；（3 3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出输出电压电压的跃变方向。的跃变方向。2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 41 页页2.2.一般单限比较器一般单限比较器12NIREF1212NP0RRuuURRRRuu令，得（1）若要）若要UTURH时，时，uO1= uO2= UOM，D1导通，导通，D2截止；截止； uO= UZ。当当uIURL时，时，uO2= uO1= UOM，D2导通，导通，D

30、1截止；截止； uO= UZ 。当当URLuI URH时，时， uO1= uO2= UOM，D1、D2均截均截止；止； uO= 0。2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 48 页页特点：特点：1. 无需限幅电路，根据所需输出高、低电平确定电源电压；无需限幅电路，根据所需输出高、低电平确定电源电压；2. 可直接驱动集成数字电路；可直接驱动集成数字电路；3. 应用灵活，可具有选通端；应用灵活，可具有选通端；CCVEEV五、集成电压比较器五、集成电压比较器某型号集成比较器的等效电路某型号集成比较器的等效电路4. 响应速度快；响应速度快；5. 电源电压升高，

31、工作电流增大，工作速度加快。电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 49 页页讨论二：电路的识别及电压传输特性的求解 已知某型号集成电压比较器内部等效电路如图（已知某型号集成电压比较器内部等效电路如图（a）所示，试）所示，试判断各电判断各电路属于哪种类型电压比较器，路属于哪种类型电压比较器，标出标出2、3的极性，并求解图（的极性，并求解图（b）（）（e）各电路的电压传输特性。各电路的电压传输特性。若要有选通端，若要有选通端，则应如何修改？则应如何修改？uC2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong

32、University第第 50 页页讨论三：从电压传输特性识别电路，画波形 已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它们各为哪种电压比较器；输入电压为们各为哪种电压比较器；输入电压为5sint (V)，画出各，画出各电路输出电压的波形。电路输出电压的波形。 你能分别组成具有图你能分别组成具有图示电压传输特性的电压示电压传输特性的电压比较器电路吗？比较器电路吗？同相输入同相输入单限比较器单限比较器反相输入反相输入滞回比较器滞回比较器窗口窗口比较器比较器2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 51 页页讨论

33、四：带有二极管电路的分析方法AuIUREFuO 首先应判断二极管的工作状态，它们决定于集成运放首先应判断二极管的工作状态，它们决定于集成运放的输出电压是高电平还是低电平。的输出电压是高电平还是低电平。UT=？ UOL=？ UOH=？2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 52 页页讨论五：利用MultiSim分析电压传输特性2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 53 页页8.3 非正弦波发生电路一、常见的非正弦波一、常见的非正弦波二、矩形波发生电路二、矩形波发生电路三、三角波发生电路三、三角波发生电路四、锯齿

34、波发生电路四、锯齿波发生电路五、波形变换电路五、波形变换电路2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 54 页页一、常见的非正弦波一、常见的非正弦波矩形波矩形波三角波三角波锯齿波锯齿波尖顶波尖顶波阶梯波阶梯波矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。通过什么电路可将矩形波变为其它几种波形？通过什么电路可将矩形波变为其它几种波形？在实用电路中，除了常见的正弦波外，在实用电路中，除了常见的正弦波外，还有还有一下几种非正弦波：一下几种非正弦波：2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong Univer

35、sity第第 55 页页二、矩形波发生电路二、矩形波发生电路 输出无稳态，有输出无稳态，有两个暂态两个暂态；若输出为；若输出为高电平高电平时时定义为第一暂态，则输出为定义为第一暂态，则输出为低电平低电平为第二暂态。为第二暂态。1 1. .基本基本组成部分组成部分 （1）开关电路：因为输出只有高电平和低电平两种）开关电路：因为输出只有高电平和低电平两种情况，即两个暂态；故采用电压比较器。情况，即两个暂态；故采用电压比较器。 （2）反馈网络：因需自控，在输出为某一暂态时孕）反馈网络：因需自控，在输出为某一暂态时孕育翻转成另一暂态的条件，故应引入反馈。育翻转成另一暂态的条件，故应引入反馈。 （3）延

36、迟环节：要使两个暂态均维持一定的时间，）延迟环节：要使两个暂态均维持一定的时间，故采用故采用RC环节环节实现实现。 RC既作为延迟环节，又作为反馈电路，通过既作为延迟环节，又作为反馈电路，通过RC充充放电实现输出状态的自动转换放电实现输出状态的自动转换。2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 56 页页2.2.电路组成电路组成1PTZ12RuUURR 正向正向充电充电: (红箭头红箭头) uO(+UZ)R3C地地反向反向充电充电: (绿箭头绿箭头) 地地C R3 uO(UZ)RC 回路回路ZU滞回比较器滞回比较器ZU阈值电压阈值电压2022年年3月月2

37、3日星期三日星期三Shandong University第第 57 页页3.3.工作原理：分析方法工作原理：分析方法方法一：方法一： 设电路已振荡，且在某一暂态，看是否能自动翻设电路已振荡，且在某一暂态，看是否能自动翻转为另一暂态，并能再回到原暂态。转为另一暂态，并能再回到原暂态。方法二：方法二： 电路合闸通电，分析电路是否有两个暂态，而无电路合闸通电，分析电路是否有两个暂态，而无稳态。稳态。 设合闸通电时电容上电压为设合闸通电时电容上电压为0，uO上升，则产生正反馈过程：上升，则产生正反馈过程： uO uP uO ，直至直至 uO=UZ， uP=+UT，为，为第一暂态。第一暂态。2022年年

38、3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 58 页页3.3.工作原理：工作原理： 电容正向充电，电容正向充电，t uN，t ， uN UZ；但当但当uN = +UT时，再增大，时，再增大， uO从从+ UZ跃变为跃变为UZ， uP=UT，电路电路进入第二暂态。进入第二暂态。 电容反向充电，电容反向充电，t uN，t ， uN UZ；但当但当uN =UT时，再减小，时，再减小， uO从从 UZ跃变为跃变为+UZ， uP= +UT，电路电路返回第一暂态。返回第一暂态。第一暂态：第一暂态：uO=UZ， uP=+UT。2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong

39、University第第 59 页页根据三要素，即起始值、终了值、时间常数，求出13222ln(1)RTR CRk50%TqT占空比脉冲宽度脉冲宽度4.4.波形分析波形分析2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 60 页页电容充放电公式：电容充放电公式：设设U0为初始值为初始值(t=0)，U为终了值为终了值(t=)，Ut为为t时刻值，则有：时刻值，则有：00()(1)tRCtUUUeU教材教材P438:利用一阶RC电路的三要素法可列出方程3/2()(1)()TR CTZTTUUUeU 112TZRUURR 13222ln(1)RTR CRk50%TqT

40、占空比2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 61 页页5.5.占空比可调电路占空比可调电路为了占空比调节范围大，为了占空比调节范围大，R3应如何取值？应如何取值？ 正向充电和反向充电时间常数可正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。调，占空比就可调。2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 62 页页三、三角波发生电路三、三角波发生电路 1.1.电路组成电路组成 用积分运算电路可将方波变为三角波。用积分运算电路可将方波变为三角波。两个两个RC环节环节实际电路将两个实际电路将两个RC 环节合二为一环节合二为

41、一为什么采用同相输为什么采用同相输入的滞回比较器？入的滞回比较器？ZUuO要取代要取代uC，必须改变输入端。，必须改变输入端。集成运放应用电路的分析方法：集成运放应用电路的分析方法：化整为零（分块），分析功能（每块），统观整体，性能估算化整为零（分块），分析功能（每块），统观整体，性能估算2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 63 页页2.2.工作原理工作原理滞回比较器滞回比较器积分运算电路积分运算电路求滞回比较器的电压传输特性：三要素求滞回比较器的电压传输特性：三要素 UOH =UOL =UZ ，uI作用于集成运放的同相输入端，求作用于集成运放的同

42、相输入端，求 UT: OO121O131()( )uuttutR C 12P1O1O1212P1N1O1Z0RRuuuRRRRuuuU 令，将代入，求出1TZ2RUUR 2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 64 页页OO121O131()( )uuttutR C 合闸通电，通常合闸通电，通常C 上电压为上电压为0。设。设uO1 uP1 uO1，直至直至uO1 = UZ(第一暂态第一暂态)；积分电路反向积分，积分电路反向积分，t uO,一旦一旦uO过过 UT ，uO1从从 UZ跃变为跃变为 UZ (第二暂态第二暂态)。 积分电路正向积分，积分电路正向

43、积分，t uO， 一旦一旦uO过过 UT ，uO1从从 UZ跃变跃变为为+ UZ ，返回第一暂态。重复上述过程，产生周，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。期性的变化，即振荡。 12P1O1O1212RRuuuRRRR电路状态翻转时，电路状态翻转时，uP1=?三角波发生电路的振荡原理三角波发生电路的振荡原理2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 65 页页3.3.波形分析波形分析TZT31()2TUUUR C 1324R R CTR 如何调整三角波的幅值和频率？如何调整三角波的幅值和频率？怎样修改可获得锯齿波？怎样修改可获得锯齿波？

44、“理性地调试理性地调试”：哪：哪些参数与幅值有关？哪些参数与幅值有关？哪些参数与频率有关？先些参数与频率有关？先调哪个参数？调哪个参数？T/22022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 66 页页四、锯齿波发生电路四、锯齿波发生电路1. R3应大些？小些？应大些？小些？2. RW的滑动端在最上的滑动端在最上端和最下端时的波形？端和最下端时的波形？T3. R3短路时的波形？短路时的波形？若由输入电压确定，则将电压转换为频率若由输入电压确定，则将电压转换为频率使双向积分时间常数有较大差距。使双向积分时间常数有较大差距。2022年年3月月23日星期三日星期三Sh

45、andong University第第 67 页页五、波形变换电路五、波形变换电路1 1. .利用利用基本电路实现波形变换基本电路实现波形变换 正弦波变方波、变矩形波、变二倍频，方波变三角波，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三角波变方波，固定频率的三角波变正弦波如何得到？如何得到？利用利用电子电子开关开关改变改变比例比例系数系数2 2. .三三角波变锯齿波：二倍频角波变锯齿波：二倍频2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 68 页页 三角波用傅立叶级数展开，除基波外，还含有三角波用傅立叶级数展开，

46、除基波外，还含有3 3次、次、5 5次次谐波谐波。3.3.三角波变正弦波三角波变正弦波若输入信号的频率变化不大，则可用滤波法实现。若输入信号的频率变化不大，则可用滤波法实现。范围是什么？范围是什么？ 若若输入信号的频率变化输入信号的频率变化较大，则可用折线法实现较大，则可用折线法实现。Im2811()sin()sin(3)sin(5)925utUtttP446-4472022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 69 页页讨论一500Ou( b )iA1C0.02FuO1R1R2( a )UZ10kR3R5R4uO2A2DZD1D2已知已知uO1和和uO2的

47、峰的峰-峰值均为峰值均为10V，二极管为理想二极管。，二极管为理想二极管。1. 求出稳压管的稳压值求出稳压管的稳压值UZ和和R4的阻值；的阻值；2. 定性画出定性画出uO1、uO2的波形图；的波形图；3. 求解求解q的表达式。的表达式。2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 70 页页讨论二：设计实现设计实现将峰值为将峰值为1V1V、频率为、频率为100Hz100Hz的正弦波输入电的正弦波输入电压变换为峰值为压变换为峰值为5V5V、频率为、频率为200Hz200Hz锯齿波电压的电路锯齿波电压的电路。过零比较器积分运算电路三角波变锯齿波电路100Hz的正

48、弦波输入电压200Hz的锯齿波输出电压2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 71 页页8.48.4 利用运放实现信号转换一、概述一、概述二、二、u-i 转换电路转换电路三、精密整流电路三、精密整流电路四、四、u-f 转换电路转换电路2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 72 页页一、概述一、概述 信号的发送：调幅、调频、调相信号的发送：调幅、调频、调相 信号的接收：解调信号的接收：解调 信号对负载的驱动：信号对负载的驱动：i-u，u-i 信号的预处理：信号的预处理：AC-DC（整流、检波、滤波）（整流、检波

49、、滤波） DC-AC（斩波）（斩波） 信号的接口：信号的接口：A-D（如如 u-f ），），D-A2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 73 页页二、二、U-I转换电路转换电路IOiuiRR ，ILiuiRRR ， 若信号源不能输出电流，则选电路一；若信号源能够输若信号源不能输出电流，则选电路一；若信号源能够输出一定的电流，则可选电路二。出一定的电流，则可选电路二。 若负载需接地，则上述两电路均不符合要求。若负载需接地，则上述两电路均不符合要求。电路一电路一电路二电路二引入了电流串联负反馈引入了电流串联负反馈引入了电流并联负反馈引入了电流并联负反馈2022年年3月月23日星期三日星期三Shandong University第第 74 页页豪兰德电流源电路豪兰德电流源电路32IO1RRuiRRR 若，则电路既引入了负反馈，又引入了正反馈。电路既引入了负反馈，又引入了正反馈。LOOLPOO RiiRuui若相互抵消，则稳定Ro=! 如何求解输出电阻？如何求解输出电阻？参阅参阅6.7.1节节123