波形的发生和信号的转换课件

波形的發生和信號的轉換

8.1

正弦波振盪電路8.1

正弦波振盪電路

正弦波振盪電路是在沒有外加輸入信號的情況下，依靠電路自激振盪而產生正弦波輸出電壓的電路。8.1.1

概述一、產生正弦波振盪的條件1.正弦波振盪的平衡條件(n為整數)幅值平衡條件相位平衡條件(正回饋)1.正弦波振盪的平衡條件2.電路的起振(n為整數)3.電路的選頻

電路中存在選頻網路，其作用是：只有一定頻率的信號（滿足振盪條件的信號）能得到幅度較大的穩定輸出，而其他頻率的信號都將逐漸減弱一直到消失，既保證電路獲得單一頻率的信號。4.電路的穩幅環節

隨著輸出信號頻率的增大，使電路達到穩定振盪。5.振盪過程的建立ui1uo1uf1ui2uo2uf2ui3ufnuinuon二、正弦波振盪電路的組成（1）放大電路：保證電路能夠有從起振到動態平衡的過程，使電路獲得一定幅值的輸出量，實現能量的控制。（4）穩幅環節：也就是非線性環節，作用是使輸出信號幅值穩定。（2）選頻網路：確定電路的振盪頻率，使電路產生單一頻率的振盪，即保證電路產生正弦波振盪。（3）正回饋網路：引入正回饋，使放大電路的輸入信號等於回饋信號。三、正弦波振盪電路的分類正弦波振盪電路常用選頻網路所用元件來命名RC正弦波振盪電路LC正弦波振盪電路石英晶體正弦波振盪電路四、判斷電路是否可能產生正弦波振盪的方法和步驟（1）觀察電路是否包含了放大電路、選頻網路、回饋網路和穩幅環節四個組成部分。（2）判斷放大電路能否正常工作。（3）利用暫態極性法或利用相位平衡條件判斷電路是否滿足正弦波振盪的相位條件。（4）判斷電路是否滿足正弦波振盪的幅值條件，即是否滿足起振條件。8.1.2

RC正弦波振盪電路一、

RC串並聯選頻網路

低頻等效電路高頻等效電路高通電路低通電路當f=f0時回饋係數的幅值最大，並且輸出和輸入無相位差。二、RC橋式正弦波振盪電路1、電路組成2、相位平衡條件：

放大電路為同相比例運算電路：

回饋網路為RC串並聯式選頻網路：滿足相位平衡條件3、起振條件穩幅環節4、振盪頻率？使用同相比例運算電路的理由振盪頻率連續可調的RC串並聯選頻網路電子琴的振盪電路電路：_+RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21例1：判斷電路是否滿足振盪的相位條件++(n為整數)++輸入端輸出端正回饋例2：判斷電路是否滿足振盪的相位條件++(n為整數)–輸入端輸出端RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+++––RC網路正回饋，RF、RE1組成負回饋，參數合適則可產生振盪。例3：判斷電路是否滿足振盪的相位條件並計算RF。RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+++––例2：判斷電路是否滿足振盪的相位條件並計算RF。8.1.3LC正弦波振盪電路一、

LC諧振回路的頻率特性f較低時:網路呈容性f較高時:網路呈感性存在f0使網路呈純阻性網路電抗的頻率特性：（品質因數）提示：由右圖可知：當f=f0時：整個網路呈純阻性，並且網路的阻抗值達到最大。並且其輸入電流遠小於回路環流。

根據引入回饋的方式不同，LC正弦波振盪電路分為變壓器回饋式、電感回饋式和電容回饋式三種電路。所用放大電路可以是共射電路，也可以是共基電路。

如右圖所示選頻放大電路，從中熟悉LC並聯網路的選頻作用。RC

當f=f0時，放大電路的放大倍數最大，且無附加相移。二、變壓器回饋式振盪電路1、變壓器線圈同名端和異名端的相位關係若變壓器原副邊線圈通過兩端相連，另外兩端若為同名端則同相位，若為異名端則反相位。若b和d相連，a和c為異名端則a和c反相位。若b和d相連，a和c為同名端則a和c同相位。（1）振盪電路的組成部分：放大電路選頻網路回饋網路（共射放大電路）（LC並聯網路）（變壓器回饋）2、電路組成及其工作原理（2）電路是否正常工作：放大電路是否正常工作：靜態工作點合理。交流信號順暢傳輸。判斷是否滿足相位平衡條件：利用相位平衡條件利用暫態極性法利用相位平衡條件：放大電路為共射放大電路：交流地變壓器回饋式，回饋端和輸出端為異名端：利用暫態極性法：滿足相位平衡條件+–++正回饋三、電感回饋式振盪電路1、電感線圈各點的相位關係

若電感線圈的一端點接地（a或c），中間點(b)和另一端點(c或a)同相位；若中間點(b)接地，則兩端點（a和c）反相位。2、電路組成及工作原理（1）振盪電路的組成部分：放大電路選頻網路回饋網路（共射放大電路）（LC並聯網路）(電感回饋)（2）電路是否正常工作：放大電路是否正常工作：判斷是否滿足相位平衡條件：中間點接地+–++？電容C1的作用正回饋三、電容回饋式振盪電路1、電容網路各點的相位關係

若一端點接地（a或c），中間點(b)和另一端點(c或a)同相位；若中間點(b)接地，則兩端點（a和c）反相位。2、電路組成及工作原理（1）振盪電路的組成部分：放大電路選頻網路回饋網路（共射放大電路）（LC並聯網路）(電容回饋)（2）電路是否正常工作：放大電路是否正常工作：判斷是否滿足相位平衡條件：？電容C3的作用+–++電容回饋式放大電路的改進形式採用共基放大電路的電容回饋式放大電路輸入端輸出端交流地++++正回饋例1電路如圖所示，Cb為旁路電容，C1為耦合電容，對交流信號均視為短路。為使電路可能產生正弦波振盪，試說明變壓器原邊線圈和副邊線圈的同名端。解：變壓器原邊線圈的下端和副邊線圈的上端為同名端；或者說原邊線圈的上端和副邊線圈的下端為同名端。輸入端輸出端回饋端例2改正如圖所示電路中的錯誤，使之有可能產生正弦波振盪。要求不能改變放大電路的基本接法。注意電路圖的不同畫法解：改正後的電路如下圖所示：耦合電容

8.11分別標出圖P8.11所示各電路中變壓器的同銘端，使之滿足正弦波振盪的相位條件。ui

8.12

分別判斷圖P8.12所示各電路是否可能產生正弦波振盪。8.2

電壓比較器8.2

電壓比較器8.2.1概述一、電壓比較器

電壓比較器是將輸入電壓和一個參考電壓進行比較並將比較的結果對外輸出的電路。例：模擬量數字量1、什麽是電壓比較器2、電壓比較器的電壓傳輸特性用曲線表示

存在一個輸入電壓，使輸出電壓發生躍變，稱為閾值電壓，記作UT。正確畫出電壓傳輸特性，需求出以下三個要素：（1）輸出電壓高電平和低電平的數值

UOH和UOL；（2）閾值電壓的數值UT

；（3）當uI變化且經過UT時，uO的躍變方向，即是從UOH躍變為UOL

，還是UOL躍變為UOH

。3、波形變換二、集成運放的非線性工作區（1）輸出電壓uo只有兩種可能的情況，分別為±UOM。（2）仍具有“虛斷”的特點。即：uP>uN，uo=+UOM

；

uP<uN

，uo=-UOM

。即：

iP=iN=0。

在電路中，若集成運放處於開環狀態，或只引入了正回饋，則表明集成運放工作在非線性區。+UOM-UOMuPuNuOiPiN三、電壓比較器的種類1.

單限比較器2.

滯回比較器3.窗口比較器8.2.2單限比較器一、過零比較器閾值電壓1、電路形式2、閾值電壓uO發生跳變時的uI閾值電壓3、傳輸特性曲線?若輸入信號從同相輸入端輸入，其傳輸特性曲線將怎樣變化反相輸入過零比較器+UOM-UOM同相輸入過零比較器4、電壓比較器輸入級的保護電路以及輸出限幅電路輸入級保護電路輸出限幅電路（1）

穩壓管承受反電壓超過其穩定電壓時，穩壓管穩壓。輸出限幅電路（2）穩壓過程中集成運放工作線上性工作區：（1）提高輸出電壓的變化速；（2）保護輸入級。優點：二、一般單限比較器1、電路形式2、閾值電壓令：+UZ-UZUT3、傳輸特性曲線同樣：改變輸入電壓的輸入端將改變uI過uT時的躍變方向。4、波形變換+UZ-UZUTUT+UZ-UZ將三角波變換成矩形波8.2.3

滯回比較器1、電路形式電路引入正回饋2、閾值電壓當時：當時：3、傳輸特性曲線+UZ-UZUT+UT-正向過程：（uI從小到大的過程）設uI足夠小，跳變點為：UT+3、傳輸特性曲線+UZ-UZUT+UT-反向過程：（uI從大到小的過程）設uI足夠大，跳變點為：UT-4、加參考電壓的滯回比較器（1）閾值電壓當時：當時：（2）傳輸特性曲線+UZ-UZUT-UT+正向過程：（uI從小到大的過程）設uI足夠小，跳變點為：UT-（2）傳輸特性曲線+UZ-UZUT-UT+反向過程：（uI從大到小的過程）設uI足夠大，跳變點為：UT+（3）兩種滯回比較器的比較+UZ-UZUT-UT++UZ-UZUT+UT-反相輸入滯回比較器同相輸入滯回比較器5、波形變換+UZ-UZUT+UT-+UZ-UZUT+UT-注意：不是所有閾值電壓和輸入電壓的交點都是輸出跳變點。+UZ-UZUT+UT-+UZ-UZUT+UT-5、波形變換8.2.4窗口比較器穩壓管DZ工作在穩壓狀態，uO=+UZ。1、電路分析設：uO1=+UOM

，

uO2=-UOMD1導通,D2截止。穩壓管DZ工作在穩壓狀態，uO=+UZ。uO1=-UOM

，

uO2=+UOM

，D2導通,D1截止。當uI>URH

時，當uI<URL

時，當URL

<uI<URH

時，uO1=uO2=-UOM

，D1和

D2均截止。穩壓管DZ截止，uO=0

。URL和

URH分別為比較器的兩個閾值電壓。2、傳輸特性曲線例1電路如圖所示，已知R1=50kΩ，R2=100kΩ，穩壓管的穩定電壓±UZ=±9V,輸入電壓uI的波形如圖所示,試畫出uO波形。解：輸出高電平和低電平分別為±UZ=±9V,閾值電壓例2設計一個電壓比較器,使其電壓傳輸特性如下圖所示，要求所用電阻阻值在20~100kΩ之間。±UZ=±6V，UT=±3V,解：根據電壓傳輸特性，輸入電壓應作用於同相輸入端。例2設計一個電壓比較器,使其電壓傳輸特性如下圖所示，要求所用電阻阻值在20~100kΩ之間。R1取25kΩ，R2取50kΩ。（3）電壓傳輸特性的三個要素是輸出電壓的高、低電平，閾值電壓和輸出電