模拟电子线路第8章

1第8章

波形的发生和信号的转换2

正弦波发生电路能产生正弦波输出，它是各类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。8.1正弦波振荡电路3振荡器是一种不需外加信号激励而能自动将直流能量变换为周期性交变能量的装置引言直流电源提供的能量交变能量

放大器是一种在输入信号控制下，将直流电源提供的能量转变为按输入信号规律变化的交变能量的电路。振荡器是不需要输入信号控制，就能自动地将直流电源的能量转变为特定频率和幅度的交变能量的电路。4按振荡波形分类正弦波振荡器、非正弦波振荡器按工作机理分类反馈振荡器、负阻振荡器按选频网络分类LC振荡器、RC振荡器、晶体振荡器压控振荡器、压控晶体振荡器集成振荡器、开关电容振荡器振荡器的分类5一、振荡器的工作原理

产生正弦波的条件与负反馈放大电路产生自激的条件十分类似。负反馈放大电路：信号频率达到了通频带的两端，产生了足够的附加相移，从而使负反馈变成了正反馈。振荡电路：建立正反馈，振荡建立后只是一种频率的信号。6(a)负反馈放大电路

(b)正反馈振荡电路

1振荡平衡条件

振荡平衡条件

幅度平衡条件

相位平衡条件

AF=A+

k=2n7起振条件：首先，要让振荡器自己振起来（自激振荡）平衡条件：其次，保证振荡器环路中的能量补充恰好抵消能量消耗，达到环路平衡稳定条件：最后，还要保证振荡器是稳定的，如果外加干扰使得振荡器偏离了环路平衡状态，振荡器系统应能自动恢复到原来的平衡状态反馈型正弦波振荡器达到稳定振荡的基本条件:8起始信号：振荡器接通电源瞬间产生电流突变；电路内存在各种微弱噪声。

电扰动特点：很微弱，占据频带很宽电扰动通过振荡环路选频、放大、反馈而形成振荡

为了保证输出信号从无到有，幅度不断增长，在振荡建立过程中，反馈电压VF和原输入电压Vi(电扰动)必须同频同相，并且|VF|>|Vi|2起振条件

9

反馈振荡器的起振条件

振幅条件

相位条件10起振过程中的信号分析起振初始，放大器工作于小信号状态线性工作状态:晶体管小信号等效电路计算其增益A为了获得较高的增益A，要适当设置晶体管工作点振荡建立过程中，环路增益T恒大于1，放大器的输入Vi不断增大，放大器从小信号工作状态进入大信号工作状态需要稳幅措施11稳幅措施起振条件为T=AF>1，输出信号幅度的不断增长，而后必须限制其增长，使其达到平衡，满足平衡条件T=AF=1环路中必须有一个非线性器件，其参数随信号的增大而变化，达到限幅的目的晶体管本身的非线性，使得放大器的放大倍数A随输入信号的增大而减小外加具有自动调节振荡强度的非线性元件12二、

RC正弦波振荡电路1RC网络的频率响应2RC文氏桥振荡器131RC网络的频率响应RC串联臂的阻抗用Z1表示，

RC并联臂的阻抗用Z2表示:RC串并联网络二、RC正弦波振荡电路141)122Cw1RCR1j()1(2121CRCRw-+++=R/j+)Cj/1(2122221112RCCRCRRRww+++=)j1]()Cj/1([222112RCRRRww+++=谐振频率为:

f0=当R1=R2，C1=C2时，谐振角频率和谐振频率分别为:)]j1/([+)Cj/1()j1/(22211222212CRRRCRRZZZwww+++=+=15幅频特性:相频特性:

当f=f0时的反馈系数为

,且与频率f0的大小无关。此时的相角k=0。16RC串并联网络的频率特性曲线172RC文氏桥振荡电路

(1)RC文氏桥振荡电路的构成

RC串并联网络是正反馈网络，另外还增加了R3和R4负反馈网络。

C1、R1和C2、R2正反馈支路与R3、R4负反馈支路正好构成一个桥路，称为文氏桥。RC文氏桥振荡电路18当C1=C2、R1=R2时:

k=0

为满足振荡的幅度条件=1，所以A=Af-≥3。加入R3、R4支路，构成串联电压负反馈。放大反馈19

(2)

RC文氏桥振荡电路的稳幅过程

RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R4实现的。R4是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R4上所加的电压升高，即温度升高，R4的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在R3的位置。20(a)稳幅电路(b)稳幅原理图

采用反并联二极管的稳幅电路电路的电压增益为

式中

R"p是电位器上半部的电阻值，R'p是电位器下半部的电阻值。R'3=R3//RD，RD是并联二极管的等效平均电阻值。

当Vo大时，二极管支路的交流电流较大，RD较小，Avf较小，于是Vo下降。由图(b)可看出二极管工作在C、D点所对应的等效电阻，小于工作在A、B点所对应的等效电阻，所以输出幅度小。

二极管工作在A、B点，电路的增益较大，引起增幅过程。当输出幅度大到一定程度，增益下降，最后达到稳定幅度的目的。218.2电压比较器

若运放电路处于开环状态或引入正反馈，则：——运放工作在非线性区。

输出量为正饱和值或负饱和值,运放输入端不具有虚短特性(仍有虚断特性)。8.2.1概述22比较器是运算放大器工作在非线性区的一种应用。

它的作用是比较输入电压vI和参考电压VREF的大小，并根据比较结果输出高电平或低电平。比较器可应用于越限报警、模数转换、自动控制和波形变换等场合。23单限比较器迟滞比较器窗口比较器比较器的类型:248.2.2单门限电压比较器)

(低电平、负饱和值输出为)

(高电平、正饱和值输出为:＝REFIVvÞ0

＝REFIIDVvv-=OLOVv=Þ0

REFIIDVvv<-=:REFIVv<OHOVv=Þ0

REFIIDVvv>-=:REFIVv>比较器输出电压vo发生电平跳变时相应的输入电压vI值称为门限电压或阈值电压。实际理想一、同相输入翻转25二、反相输入:＝REFIVvÞOLOVv=Þ:REFIVv<OHOVv=ÞREFIVv>翻转2627例：翻转：：28过零比较器——门限电压VREF＝0的单门限比较器29例：已知输入信号波形如图，画出输出电压的波形309.6.5构成负反馈，满足虚短318.2.3滞回比较器(又称为施密特触发器)单门限比较器，电路简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，为了提高抗干扰性，可采用迟滞比较器。32(1)电路组成电压串联正反馈212211RRRRRVRVVOminREFL+++=下门限电压：212211RRVRRRVRVOmaxREFH+++=上门限电压：一、反相输入滞回比较器33Vi逐渐减小，当Vi=V+=VL时，输出开始跳变，由-VZ跳变为VZVi逐渐增大，当Vi=V+=VH时，输出开始跳变，由VZ跳变为-VZ(2)门限电压的估算)()(211212RZHVRRRVRRRV+++=很小时当ivZVv=o2122

RRVRVVVZLH+=-=D：门限宽度或回差电压为34例：电路以及vI的波形如图所示，试画出电路的传输特性以及vO的波形。VV52020)10(20-=+-.=RR(-V)RRRVRVZREFT-212211+++=VV520201020=+.=RRVRRRVRVZREFT+212211+++=..很小时当ivZVv=ovi逐渐增大到：翻转..Z-Vv=o很大时当ivvi逐渐减小到：翻转35vO的波形:36二、同相输入迟滞比较器(1)电路组成(2)门限电压的估算Vi逐渐减小，当V+=V-时，输出开始跳变:ZVv=o很大时当iv由VZ跳变为-

VZ，跳变瞬间的vi为：37很小时当ivZVv-=oVi逐渐增大，当V+

=V-时输出开始跳变由-VZ跳变为+VZ，跳变瞬间的vi为：38例：电路以及vI的波形如图所示，试画出vO的波形。398.2.4窗口比较器

窗口比较器的电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成。设R1=R2，有：

窗口比较器

40

当vI＞VH时，vO1为高电平，D3导通；vO2为低电平,D4截止，vO=vO1=VOm

当vI＜

VL时，vO2为高电平，D4导通；vO1为低电平，D3截止，vO=vO2=

VOm

当VH

＞vI＞

VL时，vO1为低电平，vO2为低电平，D3、D4截止，vO为零。

窗口比较器的传输特性

该比较器有两个阈值，传输特性曲线呈窗口状，故称为窗口比较器。418.3非正弦波发生电路8.3.1矩形波发生电路(多谐振荡电路)RC电路，实现电容的充放电迟滞比较器限流电阻稳压管起限幅作用(1)电路组成(2)工作原理ZOOPCVvvvv+=跳变，时，＝当Cv下降。放电，，电容CZPZORRVRvVv+-=＝－，212QZOOVvv-=跳变，PCvv时，＝当Cv上升。充电，，电容CZPRRVRv+＝此时，212ZOPNVvvv+=<，Cv=，设电源刚接通时，04344（3）占空比可调的矩形波电路

显然为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。占空比可调的矩形波电路见图。

C充电时，充电电流经电位器的上半部、二极管D1、Rf；

C放电时，放电电流经Rf、二极管D2、电位器的下半部。

占空比可调方波发生电路

45占空比为：

其中，是电位器中点到上端电阻，是二极管D1的导通电阻。

其中，是二极管D2的导通电阻。即改变的中点位置，占空比就可改变。

图14.08方波发生器波形图468.3.2三角波发生电路

三角波发生器的电路如图所示。它是由滞回比较器