电工与电子技术基础课件 第11章 振荡与信号转换电路

第11章振荡与信号转换电路

电工与电子技术基础11.1正弦波振荡电路11.1.1振荡电路基本概念11.1.2RC正弦波振荡电路11.1.3LC正弦波振荡电路11.1.4石英晶体正弦波振荡电路11.2多谐振荡电路11.2.1由集成运放组成的多谐振荡电路11.2.2由门电路组成的多谐振荡电路11.2.3石英晶体多谐振荡电路11.2.4由555定时器组成的多谐振荡电路11.3数模转换和模数转换电路11.3.1数模转换和模数转换基本概念11.3.2数模转换电路11.3.3模数转换电路11.4习题11.4.1选择题11.4.2分析计算题第11章目录

11.1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

11.1.1正弦振荡基本概念

11.1.2RC串并联正弦振荡电路

⒈RC串并联网络的频率特性

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°；

图11-3幅频特性相频特性图8-2RC串并联网络频率特性

图11-4⒉RC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

=

11.1.3LC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。

图11-6⒉

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。

图11-8⒊

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。图11-911.2

多谐振荡器11.2.1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=

图11-17图11-1811.2.2

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图11-19图11-20⒌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

图11-2511.2.3

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。2.石英晶体多谐振荡电路⑴等效电路⑶石英晶体稳频原因

11.2.4由555定时器组成的多谐振荡电路

⒈555定时器简介

⑴电路结构和引脚名称

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⑵

工作原理表11-2⒉555构成多谐振荡电路

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11.3数模转换和模数转换电路

11.3.1数模转换和模数转换基本概念【例11-8】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11-9】已知UREF=5V，模拟电压UA=3V，试求其相应的10位数字电压D。解：11.3.2

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：、11.3.3

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模数转换器的分类

A/D转换器按信号转换形式可分为直接A/D型和间接A/D型。间接A/D型是先将模拟信号转换为其他形式信号，然后再转换为数字信号。直接A/D有并联比较型、反馈比较型、逐次渐近比较型