第8章 振荡与信号转换电路

机械工业出版社张志良主编同名教材配套电子教案

计算机电路基础第8章振荡与信号转换电路

8.1正弦波振荡电路

在没有外加激励的条件下，能自动产生一定波形输出信号的装置或电路，称为振荡器。正弦波振荡器产生的信号是单一频率的正弦波，而非正弦波振荡器产生的信号是有一系列不同频率的正弦波合成的。

⒈自激振荡的条件

:又可分解为振幅平衡条件和相位平衡条件。

φa+φf=2nπ（n=0，1，2，3，…）

=1振幅平衡条件：相位平衡条件：||=1⒉

正弦波振荡器组成

8.1.1正弦振荡基本概念

8.1.2

RC串并联正弦振荡电路

⒈RC串并联网络的频率特性

幅频特性相频特性图8-2RC串并联网络频率特性

①

当ω=ω0时，||=1/3，φf=0；

②

当ω<<ω0时，||→0，φf→+90°

③

当ω>>ω0时，||→0，φf→-90°；

⒉RC串并联正弦振荡电路

⑴

电路组成

⑵振荡频率：⑶

起振条件:

A＞3。即Rf

＞2R1。

⑷稳幅措施:

通常Rf采用具有负温度系数的热敏电阻。

⒈

变压器反馈式LC正弦振荡电路

⑴电路组成

⑵

谐振频率:

f0

=

8.1.3

LC正弦振荡电路

⑶

特点:

①

电路结构简单；②易起振；

③输出幅度大；④频率调节方便；⑤调节频率时输出幅度变化不大；⑥频率稳定性较差。⑷适用范围：振荡频率不太高的场合，如中短波段。

⒉

电感三点式正弦振荡电路

⑴

电路组成

⑵振荡频率:

⑶

特点:

①

容易起振；②频率调节方便且范围较宽；③调节频率不影响反馈系数；④波形较差。

⑷

适用范围：几十MHZ以下，对波形要求不高的场合。

⒊

电容三点式正弦振荡电路

⑴

电路组成

⑵振荡频率:

⑶

特点:

①输出波形好；

②振荡频率可做到100MHz以上；

③频率调节不便。⑷

适用范围：频率固定的高频振荡器。8.2

多谐振荡器8.2.1由集成运放组成的多谐振荡电路⒈工作原理:

T=2RfCln(1+)⒊矩形波发生器实际是一个滞回电压比较器，高低阈值电压分别为：和⒉振荡周期：改变电容C充放电时间常数，可使方波变为矩形波。

高电平时间ton与周期T的比值称为占空比，用q表示：q=

8.2.2

由门电路组成的多谐振荡器⒈电路组成和工作原理

⒉振荡周期：T≈2RCln3≈2.2RC

⒊可控型多谐振荡器⒋占空比和振荡频率可调的多谐振荡器⒌施密特触发器组成的多谐振荡器振荡周期由TTL74LS系列施密特触发器组成的多谐振荡器：T≈1.1RC

由CMOS施密特触发器组成的多谐振荡器：T≈0.81RC

8.3

石英晶体振荡电路⒈石英晶体基本特性⑵电抗特性①石英晶体物理化学性质十分稳定，外界因素对其影响很小；②石英晶体Q值极高；③石英晶体的工作频率被限制在fs～fp范围内，该范围内的电抗特性极其陡峭，石英晶体对频率变化自动调整的灵敏度极高；④石英晶体接入系数极小，外电路与谐振回路的耦合很弱，影响很小。⑷石英晶体多谐振荡电路

⑴等效电路⑶石英晶体稳频原因

⒈

集成单稳态电路⑴

74LS121

⑵

CC40988.4

单稳态触发器单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态。在外来触发信号作用下，能从稳态翻转到暂稳态，经过一段时间，无需外界触发，能自动翻转，恢复原来的稳定状态。⒊

单稳态触发器的应用用途很广，主要可用于脉冲整形、展宽、延时、定时等场合。【例6-3】试利用CC4098将宽度为500μs的正脉冲延时1000μs（原正脉冲宽度不变）。解：tW1=0.693R1C1=1000μs，若取C1=100nF，则R1=14.4kΩtW2=0.693R2

C2=500μs，若取C2=100nF，则R2=7.22kΩ⒉暂稳脉冲宽：tW≈RCln2≈0.693RC

8.5555定时器8.5.1555定时器概述⒈

电路组成

TH：高触发端：低触发端Ctr：控制电压端DIS：放电端Out：输出端：清零端（复位）VCC、Gnd：电源和接地端⒉

工作原理8.5.2

555定时器应用⒈构成施密特触发器

两个阈值电压：UTH+=2VCC/3；UTH-=VCC/3施密特触发器⒉构成单稳态电路暂稳脉宽：tW=RCln3输入负脉冲，脉宽应小于输出暂稳脉宽单稳态电路⒊构成多谐振荡器多谐振荡器tW1=(R1+R2)Cln2tW2=R2Cln2⒈

定义⑴数模转换：将数字信号转换为相应的模拟信号称为数模转换⑵模数转换：将模拟信号转换为相应的数字信号称为模数转换⒉数字信号与相应模拟信号之间的量化关系8.6数模转换和模数转换电路

8.6.1

数模转换和模数转换基本概念【例8-10】已知UREF=10V，8位数字量D=10100000B，试求其相应模拟电压UA。D=10100000B=160，28=100000000B=256解：【例8-11】已知UREF=5V，模拟电压UA=3V，试求其相应的10位数字电压D。解：8.6.2

数模转换电路⒈主要技术指标

⑴分辨率定义：D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比。

计算公式：1/(2n-1)例如，对于一个8位D/A转换器，其分辨率为：1/(28-1)=1/255≈0.00392=0.392%⑵转换精度定义：D/A转换器的输出实际值与理论值之差。是一种综合误差，与D/A转换器的分辨率、非线性转换误差、比例系数误差和温度系数等参数有关。⑶

温度系数定义：满刻度输出条件下，温度每变化一度，输出变化的百分比。⑷建立时间定义：完成一次D/A转换所需时间。一般小于1μs。⒉

数模转换器的工作原理⒊

集成数模转换器DAC0832只要△T和△U足够小，从宏观上看，模拟量曲线仍可看作是连续光滑的。分辨率：8位电流建立时间：1μs工作方式：双缓冲、单缓冲和直通方式输入寄存器选通端：ILE、、DAC寄存器选通端：、⒊典型应用电路⑵单缓冲方式：5个选通端一次性选通，被选通后才能进入D/A转换器进行转换。⑶双缓冲方式：5个选通端分二次选通，先选通输入寄存器，后选通DAC寄存器。主要用于多路D/A转换信号同时输出，例如智能示波器。⑴直通方式：5个选通端全部接成有效状态，输入数字信号能直接进入D/A转换器进行转换。8.6.3

模数转换电路⒈模数转换器的组成⑴采样:根据采样定理，需满足fS≥2fImax。一般取fS=（3～5）fImax。⑵保持⑶量化把采样信号表示为最小基准单位量整数倍的过程，称为量化。⑷编码量化后的信号数值用二进制代码表示，称为编码。⒉A/D转换器的主要参数⑴分辨率使输出数字量变化1LSB所需要输入模拟量的变化量，称为分辨率。通常仍用位数表示，位数越多，分辨率越高。⑵量化误差

量化误差因A/D转换器位数有限而引起，若位数无限多，则量化误差→0。量化误差与分辨率有相应关系，分辨率高的A/D转换器具有较小的量化误差。⑶转换精度是一种综合性误差，与A/D转换器的分辨率、量化误差、非线性误差等有关。主要因素是分辨率，因此位数越多，转换精度越高。⑷转换时间完成一次A/D所需的时间称为转换时间。取决于A/D转换的类型和转换位数。直接A/D型快，间接A/D型慢。并联比较型A/D最快，约几十ns；逐次渐近式A/D其次，约几十μs；双积分型A/D最慢，约几十ms～几百ms。⒊

逐次渐近比较型A/D转换器⑴电路组成比较过程相当于用天平去称量一个未知量，每次使用的法码一个比一个重量少一半。多了