第六部分波形产生和信号转换电路

1、 第五部分 波形产生和信号转换电路一、正弦波振荡电路二、非正弦波发生电路三、信号转换电路一、自激振荡的原理VfVi= 第一讲 正弦波振荡电路1、自激振荡的条件AFKVfVoViAF = 1AF = 1 幅值平衡条件a+f =2n 相位平衡条件2、振荡的建立和稳定 、建立过程初始信号的来源？起振条件？VfVi 或 AF 1 、稳定方式 由于A的非线性，振幅会自动稳定某一幅度。 利用外加稳幅电路进行稳幅。3、振荡频率的确定 要想得到单一频率的正弦波，必须在反馈环路中加一选频网络。因此振荡器的频率就由选频网络的频率确定。4、振荡器的结构、放大器、反馈网络、选频网络、稳幅和稳频电路 二、RC正弦波振荡

2、电路 由RC元件构成选频网络的振荡电路称谓RC正弦波振荡电路。包括桥式振荡电路、双T网络式和移相式振荡电路等类型。1、RC串并联网络的特性VoViR1R2C1C2+F = VoViZ1Z2Z2+=Z1R1+jC11=Z2+ jC2R211=F = VoVi= 2R2C1R1C21（） + jC2R1C1R21+）（1当虚部为零时，得R1R2C1C2 0 =1C2R1C1R21+）（F =1F为实数说明无相移，最大说明有选择性。若R1=R2=R，C1=C2=C有0 RC=1F =132、文氏电桥振荡电路 、电路结构一级RC串并联网络和 正反馈放大电路构成如何选择正反馈放大电路？VoR1R2C1C

3、2+RfR3正反馈放大电路只能由两级共射电路或运放组成的同相比例器构成。 、电路分析 相位条件起振条件由 AF 1 得AV 3VoR1R2C1C2+RfR3稳幅措施AV = 1 +RfR3只要将Rf 或R3换成热敏电阻就能自动稳幅。AV大于3又接近3。频率计算R1R2C1C2f0 =12频率f0 受运放Ri和Ro的影响不稳。R1、R2的变化范围只能在Ro Ri之间，使f0的变化受到影响。注 意0# RC振荡器能否工作于高频段？VoR1R2C1C2+RfR3三、LC正弦波振荡电路1、变压器反馈式振荡电路相位条件起振条件振荡频率LCf0 =12电路特点 电路容易振荡，输出波形较好； 输出与输入电压

4、靠磁路耦合，耦合不紧，损耗较大； 频率的稳定性不高。rbeRCM Rb2Rb1+ECReCeCbC2、电感三端式振荡电路（L1+L2+2M）Cf0 12rbeRL L1+ML2+M相位条件起振条件振荡频率Rb2Rb1+ECReCeCbCL1L2 电路容易起振； 频率调整方便； 振荡频率中等。频率在几百KHz几十Mz以下，常用于对波形要求不高的设备中，如高频加热和接收机的本振。 输出电压不好。反馈电压取自电感，对高频信号具有较大的电抗，输出波形中含有高次谐波；电路特点Rb2Rb1+ECReCeCbCL1L23、电容三端式振荡电路rbeRL C1C2 LCf0 12C等于C1和C2的串联Rb2Rb

5、1+ECReCeCb1RCC1C2LCb2相位条件起振条件振荡频率电路特点 频率调整不方便。适宜制作频率固定的振荡器。 振荡频率较高。在几百KHz 100Mz以上； 输出电压较好。反馈电压取自电容C2，对高次谐波阻抗小；电路改进在电感支路中串联电容C3，且C3的容量比C1和C2小得多。因此回路的总电容为C3。 LC3f0 12# LC振荡器能否工作于低频段？Rb2Rb1+ECReCeCb1RCC1Cb2LC2C34、石英晶体振荡电路 石英晶体振荡电路，就是用石英晶体取代LC振荡电路中的L、C元件所组成的正弦波振荡电路。它不仅具有很稳定的LC值，而且回路的Q值很高可达几万甚至几百万。因而石英振荡

6、电路的频率稳定度高达10-910-11 、石英晶体的特性及等效电路 石英晶体之所以能够做成振荡器是基于它的压电效应。在石英晶体某个方向加一电场，则在与此方向垂直的石英晶体两表面产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场。石英晶体总电抗2LC1C0C2LCCOX =1令分子为零时得串联频率 LCf1 =12 Lf2 = 12C+COCCO LC =12CC01令分母为零时得并联频率RCLCf1Xf2f 、石英晶体振荡电路并联型晶体振荡电路串联型晶体振荡电路 实用的晶体振荡电路、频率可调的石英晶体振荡电路RCLCCSCSCCOCS2LC(COCS)C0C2LCCOX =C

7、S1F1 = LC 12CCOCS1f1CCOCS1F2 = LC 12CC01f2石英晶体总电抗分子为零时得分母为零时得 第二讲 非正弦波发生电路 非正弦波形式很多，获取方式不外两种。一是由振荡电路直接产生，二是由已有波形经变换而得。在非正弦波中矩形波获取又是基础。 0、常用的非正弦波一、非正弦波电路的基本原理1、电路结构及工作原理 开关器件延迟反馈网络波形变换电路uo开关器件反馈网络延迟网络波形变换电路2、振荡条件3、分析方法 无论开关器件的输出为高电平或低电平，如果经过一定的延迟时间后反馈网络能够改变开关器件的输出状态，便能产生周期性的振荡。否则不能振荡检查电路结构是否完整振荡条件是否满

8、足 开关器件的所有状态都要作为初始态进行分析+uOR1AR2R3R4CUZ二、矩形波产生电路阈值电压电路结构工作原理uot+UZUZtUT+UTuc UT R1R1 R2 UZuot+UZUZtUT+UTucT2R3CIn (1 )2R1R2频率和振幅 =?如何改变它 ?参数计算变R、C可变F，换稳压管UZ可变振幅+uOR1AR2R3R4CUZRWRW1RW2D1D2占空比可调电路uot+UZUZtUT+UTucT1T2D断路、短路后电路会产生什么现象电路改进1 (RW1 R3) C2(RW2 R3) C工作原理T11In(1 )2R1R2T22In(1 )2R1R2uot+UZUZtUT+U

9、TucT1T2TT1+T2(RW+2R3)CIn(1 )2R1R2qT1TRW1+R3RW+2R3参数计算+uOR1A1R2R3R4CUZA2+CRRuO1二、三角波产生电路1、初步方案方波电路和积分电路的组合即可实现。+uOR1A1R2R4UZA2+CuO1R3R52、改进方案工作原理 UT R1R2 UZuP1 R2R1 R2 uoR1R1R2 (uo1)uP1 R2R1 R2 uo R1R1R2 (UZ)u0 1R3 C uo1（t1 t0 ）u0 (t0 )+uOR1A1R2R4UZA2+CuO1R3R5设初态时uo1 UZu0 1R3 C UZ（t1 t0 ）u0 (t0 )u0 1

10、R3 C UZ（t2 t1 ）u0 (t1 )参数计算T 4 R1 R3 CR2 f 4 R1 R3 CR2调节R1、R2、R3和C的值，可改变频率；调节R1和R2的值，可改变三角波的幅值。频率和振幅 =?如何改变它 ?+uOR1A1R2R4UZA2+CuO1R3R5RWD1D2三、锯齿波产生电路 在三角波产生电路中，如果正反向积分时间常数相差很多，输出波形就是锯齿波图中R3RWttt0t1t2T1T2UZUZu01u0T1 t1 t0 2 R1 R2 R3 CT2 t2 t1 2 R1 R2 (R3 RW) C2 R1 R2 (2 R3 RW) CT R3 TT1 (2 R3 RW) 频率和

11、振幅 =?如何改变它 ?下降时间和上升时间为四、波形变换电路 所谓波形变换，就是把一种形状的波形变换成另一种形状的波形。 积分电路 微分电路电压比较器实现方波变三角波、矩形波变锯齿波。实现方波变尖顶波、三角波变方波。实现正弦波变矩形波、三角波变方波。1、基本方案2、特殊方案三角波变锯齿波 分析波形可知，当三角波上升时，锯齿波与之相等；当三角波下降时，锯齿波与之相反。 波形变换电路应为比例运算电路，当三角波上升时，比例系数为1；当三角波下降时，比例系数为1。波形分析的重要性三角波变正弦波滤波法折线法滤波法的原理是什么采用比例系数可自动调节的运算电路即可实现。随着uI逐渐降低，uO逐渐升高，D1、

12、D2、D3依次导通，等效反馈电阻逐渐减小。反之，当uI逐渐升高，uO逐渐降低， 、 、 依次导通，等效反馈电阻逐渐减小/D1/D2/D3五、函数发生器 函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路。通过调节外部电路参数时，还可得到占空比可调的矩形波和锯齿波。两比较器的同相端与输入相连ICL8038 函数发生器原理框图ICL8038的两种基本接法失真度减小和频率可调电路 第二讲 信号转换电路 在电子技术领域，常常需要将模拟信号进行转换，以满足电子系统的需要。如电流和电压信号互换，交流和直流信号互换，模拟和数字信号互换等。一、电压电流转换电路 1、电压电流转换（V/I）iL iI

13、 uIR若信号源能够输出足够的电流，引入电流并联负反馈可实现电压电流转换。基本电路由U+=U-，且设R1R3=R2R4,则变换关系可简化为 可见，负载电流IL与ui成正比，且与负载ZL无关。 实用电压电流转换电路实用的电压电流转换电路 R1 R2 R3 R4 Ruo2 uP2 0.5uI 0.5uP2R2R2 uP1 uO1 1 uo1 uI uP2uRO uO1 uP2 uI2uP1uIR0iO uP1 R4R3 R4 uI R3R3 R4 uP2 2、电流电压转换（I/V）集成运放引入电压并联负反馈即可实现电流电压轮换 uo iS Rf uo iIRf 二、精密整流电路精密整流电路的功能是

14、将微弱的交流电压转换成直流电压。输出保留输入电压的形状，仅仅改变输入电压的相位。一般的整流电路中，由于二极管死区电压的存在，不能对微弱信号整流。1、半波精密整流电路工作原理电路Uimin？ uv 数量级2、全波精密整流电路工作原理uouI 绝对值电路 分析电路输出电压与输入电压间关系，并说明电路功能，已知R1R2。例 三、电压频率电路 电压频率转换电路（VFC）的功能是将输入直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压，称为电压控制振荡电路（VCO）。一般情况下该电路输出矩形波。1、电荷平衡式电路电路结构工作原理uI值愈大，T1愈小，振荡频率 f 愈高。 实用电路阈值电压 R2R3 UZuP2 R3R2 R3 uo1R2R2R3 (UZ )u01 1R1 C uI（t1 t0 ）u01 (t0 )工作原理初态u0 UZ u01 1R2 C uI（t2 t1 ）1R5C UZ（t2 t1 ）u01 (t1 )T 2 R1 R2 CR3UZuI f 2 R1 R2 CR3UZuI 由于R5R1， u01的下降速度仅决定于R5C。 2、复位式电路电源接通后，由于电容上电压为零，即