第八章 波形的产生与变换电路1.ppt

1、第八章 波形的产生与变换电路,8.1 正弦波振荡电路,二、 RC正弦波振荡电路,三、 LC正弦波振荡电路,四、 石英晶体振荡电路,8.2 比较器,8.3 非正弦波发生电路,一、概述,1. 产生自激振荡的条件,只有正反馈电路才能产生自激振荡。,8.1 正弦波振荡电路,一、概述,反馈信号代替了放大 电路的输入信号。,Xd=Xf,所以，自激振荡条件也可以写成：,自激振荡的条件：,（1）振幅条件：,起振条件和稳幅原理,振荡建立与稳定过程图,起振条件：,结果：产生增幅振荡,（略大于）,1、被动：器件非线性 2、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益,稳幅：,1.放大电路,2. 正弦

2、波振荡器的一般组成,2.正反馈网络,3.选频网络只对一个频率满足振荡条件，从而获得单一频率的正弦波输出。,4.稳幅电路,选频网络组成：R、C和L、C,正弦波振荡器命名,（石英晶体）,3、 RC振荡电路,1. RC 串并联网络的选频特性,R1C1 串联阻抗：,R2C2 并联阻抗：,选频特性：,2,2,如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：,选频特性,w=wo时,RC串并联网络的频率特性曲线,RC桥式振荡器的工作原理：,在 f0 处,满足相位条件：,因为：,AF=1,A=3,同相放大器,文氏桥选频电路,振幅条件：,A=3,例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才能起振？振荡频

3、率f0=？,AF=1，,A=3,=210=20k,=1592 Hz,起振条件：,能自动稳幅的振荡电路,起振时RT2R1, 使A3,易起振。 当uo幅度自激增长达某一值时， RT=2R1，A=3。 当uo进一步增大时， RT2R1 ,使A3。 因此uo幅度自动稳定于某一幅值。,能自动稳幅的振荡电路,Rf1+Rf2略大于2R1,随着uo的增加，Rf2逐渐被短接，A自动下降，输出自动被稳定于某一幅值。,将Rf分为二个： Rf1 和Rf2 ， Rf2 并联二极管,K：双联波段开关， 切换R，用于 粗调振荡频率。,C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。,振荡频率的调节：,电子琴的振荡电路：,使R2

4、R1,AF1,可调,A2,RF1+RF2Rf,1. LC并联谐振回路的选频特性,(阻性),LC并联谐振特点：谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。用于选频电路。,R为电感线圈中的电阻,三、 LC正弦波振荡器,Q为谐振回路的品质因数，Q值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好。图中Q1Q2。并联谐振阻抗为Z0,谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻。,LC并联谐振回路的幅频特性曲线,2. 变压器反馈式LC振荡电路,工作原理：,三极管共射放大器。,利用互感线圈的同名端：,满足相位条件。,振荡频率:,判断是否是正反馈:用瞬时极性法判断,+,-,+,+,(-),(+),(

5、+),(+),(+),(+),(-),LC正弦波振荡器举例,反馈,满足相位平衡条件,满足相位平衡条件,反馈,(+),+,+,+,正反馈,LC正弦波振荡器举例,振荡频率:,uo,满足相位平衡条件,仍然由LC并联谐振电路构成选频网络,A. 若中间点交流接地，则首端与尾端相位相反。,3. 三点式LC振荡电路,原理：,中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。,三点的相位关系,B. 若首端或尾端交流接地，则其他两端相位相同。,4. 三点式LC振荡器,振荡频率：,uf,5. 电容三点式LC振荡电路,振荡频率：,uf,例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相位平衡条件。,Q值越高，选频特性越好，频率越稳定

6、。,四、 石英晶体振荡电路,频率稳定问题,频率稳定度一般由 来衡量,频率偏移量。,振荡频率。,LC振荡电路 Q 数百,石英晶体振荡电路 Q 10000 500000,1. 石英晶体,2. 基本特性,1. 结构：,极板间加电场,极板间加机械力,压电效应,交变电压,机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高,当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大 ,压电谐振,3. 石英晶体的等效电路与频率特性,等效电路：,（1）串联谐振,频率特性：,晶体等效阻抗为纯阻性,（2）并联谐振,通常,所以,实际使用时外接一小电容Cs,则新的谐振频率为,由于,由此看出,调整,2. 石英晶体振荡电路,利用石英晶体的高品质因

7、数的特点，构成LC振荡电路。,(1). 并联型石英晶体振荡器,uf,石英晶体工作在fs与fp之间，相当一个大电感，与C1、C2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。,2. 并联型石英晶体振荡器,石英晶体工作在fs处，呈电阻性，且阻抗最小，正反馈最强。该电路为电感三点式振荡器。 加入石英晶体是利用石英晶体的高Q值，提高振荡频率的稳定性。,-,例：分析下图的振荡电路能否产生振荡，若产生振荡,石英晶体处于何种状态？,(a),8.2 比较器,将一个模拟电压信号与一参考电压相比较，输出一定的高低电平。,功能：,特性：,运放组成的电路处于非线性

8、状态，输出与输入的关系uo=f(ui)是非线性函数。,1. 运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。,运放工作在非线性状态基本分析方法,2. 运放工作在非线性状态的分析方法： 若U+U- 则UO=+UOM； 若U+U- 则UO=-UOM。 虚断（运放输入端电流=0）,注意：此时不能用虚短！,(1). 过零比较器: （门限电平=0）,1.单门限电压比较器,例题：利用电压比较器将正弦波变为方波。,(2). 单门限比较器（与参考电压比较）,UREF,UREF为参考电压,当ui UREF时 , uo = +Uom 当ui UREF时 , uo = -Uom,运放处于开环状态,UREF,当ui

9、 UREF时 , uo = -Uom,若ui从反相端输入,用稳压管稳定输出电压,忽略了UD,3. 限幅电路使输出电压稳定,稳幅电路的另一种形式： 将双向稳压管接在负反馈回路上,R =R,2. 滞回比较器,(1).迟滞比较器,特点:电路中使用正反馈,1、因为有正反馈，所以输出饱和。,2、当uo正饱和时(uo =+UOM) ：,3、当uo负饱和时(uo =-UOM) ：,迟滞比较器,设ui , 当ui = UT-, uo从-UOM +UOM,这时, uo =-UOM , U+= UT-,设初始值: uo =+UOM , U+= UT+ 设ui , 当ui = UT+, uo从+UOM -UOM,传

10、输特性,UT+上门限电压 UT-下门限电压 UT+- UT-称为回差,例:设输入为正弦波, 画出输出的波形。,uo,加上参考电压后的迟滞比较器：,上下限阈值：,例题：R1=10k，R2=10k ，UZ=6V， UR=10V。当输入ui为如图所示的波形时，画 出输出uo的波形。,上下限阈值：,1.电路结构,由滞回比较电路和RC定时电路构成的,上下限阈值:,8.3 非正弦波发生电路,2.工作原理：,(1) 设 uo = + UOM ,此时，输出给C 充电, uc ,则：u+=UT+,一旦 uc UT+ , 就有 u- u+ ,在 uc UT+ 时，,u- u+ ,uo 立即由UOM 变成UOM,

11、设uC初始值uC(0+)= 0,方波发生器,uo保持+UOM不变,此时，C 经输出端放电,再反向充电,(2) 当uo = -UOM 时，,u+=UT-,uc达到UT-时，uo上翻,当uo 重新回到UOM 以后，电路又进入另一个 周期性的变化。,周期与频率的计算：,f = 1/T,此期间是分析问题时的假设,实际上用示波器观察波形时看不到这段波形.,周期与频率的计算：,T= T1 + T2 =2 T2， 因正反向充电条件一样T1 = T2。,T2阶段uc(t)的过渡过程方程为:,UC ()=+UOM,周期与频率的计算：,思考题：点 b 是电位器 RW 的中点，点 a 和点 c 是 b 的上方和下方

12、的某点 。试定性画出点电位器可动端分别处于 a、b、c 三点时的 uo - uc 相对应的波形图。,uo,设Rwa Rwc,8.7 三角波、锯齿波发生器,三角波发生器波形图,电路与工作原理：,锯齿波发生器,应改变积分器的充放电时间常数,充电：(RR)C，放电：仍为RC,本章小结,1自激振荡可以使反馈放大器工作不稳定，我们可以利用正反馈电路产生自激振荡，以产生正弦波。正弦波振荡电路由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节构成 2正弦波振荡电路主要有RC振荡电路和LC振荡电路两种。RC振荡电路主要用于中低频场合，LC振荡电路主要用于高频场合。石英晶体振荡电路是一种特殊类型的LC振荡电路，其特点是具有很高的频率稳定性。 3比较器是一种能够比较两个模拟量大小的电路。由于集成