模拟电子技术基础第四版课件-第八章-天津工业大学-电气工程与自动化学院-苏丽华

1、第八章波形的发生和信号的转换,8.1正弦波振荡电路,8.2电压比较器,8.1正弦波振荡电路,8.1.1概述,无外输入信号，放大电路输出端也有一个正弦波信号自激振荡。(电路要引入正反馈),正反馈的方框图,一、产生正弦波振荡的条件,当Xi=0时,由此知放大电路产生自激振荡的条件是：,所以产生正弦波振荡的条件是：,幅值平衡条件,相位平衡条件,电路起振的条件：,二、正弦波振荡电路的组成及分类,组成：,放大电路：集成运放,选频网络：确定电路的振荡频率,反馈网络：引入正反馈,稳幅环节：非线性环节，使输出信号幅值稳定,分类：,RC正弦波振荡电路，频率较低，在1MHz以下。,LC正弦波振荡电路，频率较高，在1

2、MHz以上。,石英晶体振荡电路，频率较高，振荡频率非常稳定。,三、判断电路能否产生正弦波振荡的方法和步骤,1. 检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分；,2. 检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正常工作；,3. 分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件,判断相位平衡条件的方法是： 瞬时极性法。,5.估算振荡频率和起振条件,4.判断是否满足振幅平衡条件。,8.1.2RC 正弦波振荡电路,RC串并联网络振荡电路也称RC桥式正弦波振荡电路或称文氏振荡电路(Wien),一、RC 串并联选频网络,分析：,Z1,Z2,取 R1 = R2 = R ， C1 = C2 = C ，令,则：,则 RC 串并联

3、电路的幅频特性为：,相频特性为：,F = 0。,1/3,+90,-90,二、RC桥式正弦波振荡电路组成：,放大电路 集成运放 A ；,选频与正反馈网络 R、C 串并联电路；,稳幅环节 RF 与 R1 组成的负反馈电路。,三、振荡频率与起振条件,1. 振荡频率,2. 起振条件,f = f0 时，,由振荡条件知：,所以起振条件为：,同相比例运放的电压放大倍数为,即要求：,四、振荡电路中的负反馈(稳幅环节),引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。,改变 RF，并且满足,则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。,反馈电阻 RF采用负温度系数

4、的热敏电阻，,采用正温度系数的热敏电阻，均可实现自动稳幅。,8.1.3LC 正弦波振荡电路,一、LC 谐振回路的频率特性,当频率变化时，并联电路阻抗的大小和性质都发生变化。,并联电路的导纳：,当,电路发生并联谐振。,图 8.1.10,并联谐振角频率,令：,谐振回路的品质因数,当 Q 1 时,谐振频率：,回路等效阻抗：,LC 并联回路的阻抗：,发生并联谐振时，,在谐振频率附近，,可见，Q 值不同，回路的阻抗不同。,不同 Q 值时，LC 并联电路的幅频特性：,Z01,Z02,Q1 Q2,Q1,Q2,相频特性：,Q1,Q2,Q1 Q2,感性,纯阻,容性,结论：,1. 当 f = f0 时，电路为纯电

5、阻性，等效阻抗最大；当 f f0 时，电路为容性。所以 LC 并联电路具有选频特性。,2. 电路的品质因数 Q 愈大，选频特性愈好。,图 8.1.11,LC 正弦波振荡电路,二、变压器反馈式振荡电路,1.判定原则,同名端同相位，异名端反相位,2.振荡频率,振荡频率,三、电感反馈式振荡电路,1.判定原则,首端或尾端交流接地，其它两端同相位。 中间端交流接地，其它两端反相位。,2.振荡频率,振荡频率,四、电容反馈式振荡电路,1.判定原则,2.振荡频率,图 8.1.20,首端或尾端交流接地，其它两端同相位。 中间端交流接地，其它两端反相位。,8.1.4石英晶体振荡器,石英晶体谐振器，简称石英晶体，具

6、有非常稳定的固有频率。,8.2电压比较器,1.电压比较器将一个模拟量输入电压与一个参考电压进行比较，输出只有两种可能的状态：高电平或低电平。,2.比较器中的集成运放一般工作在非线性区；处于开环状态或引入正反馈。,3.分类：单限比较器、滞回比较器及窗口比较器。,8.2.1概述,4.比较器是组成非正弦波发生电路的基本单元，在 测量、控制、D/A和A/D转换电路中应用广泛。,一、 电压比较器的传输特性,1.电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系,2.阈值电压： UT,当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。,3.电压传输特性的三要素,(1)输出电压的高电平UOH和低电平

7、UOL的数值。 (2)阈值电压的数值UT。 (3)当uI变化且经过UT时， uO跃变的方向。,二、理想运放的非线性工作区,+UOM,-UOM,集成运放的电压传输特性,在电压比较器中，集成运放不是工作在开环状态，就是工作在正反馈。,8.2.2单限比较器,一、过零比较器,由于理想运放的开环差模增益为无穷大，所以,当 uI 0 时，uO= + UOM；,当 uI 0 时，uO = - UOM ；,过零比较器的传输特性为：,UOM 为集成运放的最大输出电压。,阈值电压： 当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。,同相过零比较器,利用稳压管限幅的过零比较器,电路图,传输特性,问题：

8、如将输入信号加在“+”端，传输特性如何？,问题：过零比较器如图所示，输入为正负对称的正弦波时，输出波形是怎样的？,传输特性,将正弦波变为矩形波,二、单限比较器,单限比较器有一个阈值电压，当输入电压等于此阈值电压时，输出端的状态立即发生跳变。,当输入电压 uI 变化，使反相输入端的电位为零时，输出端的状态将发生跳变，阈值电压为：,+UZ,-UZ,过零比较器是阈值电压为零的单限比较器。,单限比较器的作用：检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。,缺点：抗干扰能力差。,解决办法： 采用具有滞回传输特性的比较器。,8.2.3滞回比较器,一、反相滞回比较器电路,计算阈值电压UT,uo从+UZ跃变到-UZ

9、的 阈值电压为+UT uo从-UZ跃变到+UZ的 阈值电压为-UT,uI在-UT与+UT之间增加或减小, uO不发生变化,电压传输特性,如图所示：输入为正弦波,UREF 为参考电压；uI 为输入电压；输出电压 uO 为 +UZ 或 -UZ。,当 uP = uN 时，输出电压的状态发生跳变。,比较器有两个不同的阈值电压，故传输特性呈滞回形状。,UT-,UT+,二、具有参考电压的滞回比较器,当 uI 从足够大逐渐减小时， uO= UZ ，使 uO 由 UZ 跳变为 UZ 所需的阈值电压 UT-,回差(门限宽度)UT ：,当 uI 从足够小逐渐增大时，uO = UZ ，使 uO 由 +UZ 跳变为 -UZ 所需的阈值电压 UT+,8.2.4 窗口比较器,参考电压 UREF1 UREF2,若 uI 低于 UREF2 ，运放 A1 输出低电平，A2 输出高电平，二极管 D1 截止，D2导通，输出电压 uO 为高电平；,若 uI 高于 UREF1 ，运放 A1 输出高电平，A2 输出低电平，二极管 D2 截止，D1 导通，输出电压 uO 为高电平；,前面的比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃变一次，因而不能检测出输入电压是否在二个电压之间。,当 uI 高于 UREF2 而低于 UREF1 时 ，运