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回首页第8章 波形产生与变换电路第第8 8章章 波形的发生与信号的转换（波形的发生与信号的转换（集成运放的应用集成运放的应用）8.1 8.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路8.2 8.2 电压比较器电压比较器8.3 8.3 非正弦波发生电路非正弦波发生电路7/9/20241回首页第8章 波形产生与变换电路vfvivdvo1.1.产生正弦波产生正弦波振荡振荡的条件的条件8.1.1 8.1.1 概述概述8.1 8.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路7/9/20242回首页第8章 波形产生与变换电路 振荡条件振荡条件 幅值平衡条件幅值平衡条件 相位平衡条件相位平衡条件 AF=A+F=2n负反馈放大电路负反馈放大电路 正反馈振荡电路正反馈振荡电路 1起振条件起振条件7/9/20243回首页第8章 波形产生与变换电路 正弦波的产生条件与负反馈放大电路产生自激的条件十分类似。只不过负反馈放大电路产生了足够的附加相移，从而使附加相移，从而使负反馈变成了正反馈。负反馈变成了正反馈。讨论：讨论：负反馈放大电路产生自激振荡？负反馈放大电路产生自激振荡？而正弦振荡电路中加的就是正反馈加的就是正反馈，振荡建立后只是一种频率的信号，无所谓附加相移。7/9/20244回首页第8章 波形产生与变换电路2.2.正弦波发生电路的组成正弦波发生电路的组成 为了产生正弦波，必须加入正反馈，因此放大电路和正反馈放大电路和正反馈网络网络是振荡电路的最主要部分。由于正反馈，输出幅度会越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。稳幅电路。为了获得单一频率的正弦波单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合二为一。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。7/9/20245回首页第8章 波形产生与变换电路 振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中的损耗，需要正反馈强一些，即要求这称为起振条件。3.3.起振条件和稳幅原理起振条件和稳幅原理 起振后就要产生增幅振荡，需要靠三极管非线性特性非线性特性去限制幅度的增加，靠选频网络选出失真波形的基波分量作为输出信号，以获得正弦波输出。也可以在反馈网络中加入非线性稳幅环节加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益，从而达到稳幅的目的。7/9/20246回首页第8章 波形产生与变换电路1.1.RCRC串并联网络串并联网络 RC串并联网络,其频率响应如下:8.1.28.1.2 RC RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路7/9/20247回首页第8章 波形产生与变换电路1)122Cw1RCR1j()1(2121CRCRw-+=R/j+)Cj/1(2122221112RCCRCRRRww+=)j1()Cj/1(222112RCRRRww+=谐振频率为:当R1=R2，C1=C2时，谐振角频率和谐振频率分别为:)j1/(+)Cj/1()j1/(22211222212CRRRCRRZZZwww+=+=7/9/20248回首页第8章 波形产生与变换电路幅频特性幅频特性:相频特性:当 f=f0 时的反馈系数 ,此时的相角 F=0。有关曲线见图。7/9/20249回首页第8章 波形产生与变换电路 F=0f=f0 时7/9/202410回首页第8章 波形产生与变换电路2.2.RCRC桥式正弦桥式正弦振荡电路振荡电路 (1)RC文氏桥振荡电路的构成 RC 串并联网络是正反馈网络，另外还增加了R3和R4负反馈网络。C1、R1和C2、R2正反馈支路与R3、R4负反馈支路正好构成一个电桥，称为文氏桥。7/9/202411回首页第8章 波形产生与变换电路当C1=C2、R1=R2时:为满足振荡的幅值条件 =1，所以Af3。加入R3、R4支路，构成串联电压负反馈。f=0AF=A+F=2n=0+0=07/9/202412回首页第8章 波形产生与变换电路(2)2)RC RC文氏桥振荡电路的稳幅文氏桥振荡电路的稳幅 稳幅作用是靠热敏电阻R4实现的。R4是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R4上所加的电压升高，即温度升高，R4的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反之输出幅度增加。7/9/202413回首页第8章 波形产生与变换电路 采用并联二极管的稳幅电路电路的电压增益为 式中 Rp是电位器上半部的电阻值，Rp是电位器下半部的电阻值。R3=R3/rD，rD是并联二极管的动态电阻。7/9/202414回首页第8章 波形产生与变换电路 包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。选频网络是由LC并联谐振电路构成，正反馈网络因不同类型的LC正弦波振荡电路而有所不同。8.1.38.1.3 LC LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路7/9/202415回首页第8章 波形产生与变换电路 1.1.LCLC并联谐振电路的频率特性并联谐振电路的频率特性谐振时LC并联谐振电路阻抗 Z相当一个电阻。谐振时谐振时谐振频率谐振频率7/9/202416回首页第8章 波形产生与变换电路 阻抗 Z是频率的函数，其频率特性如图。Q值愈大，曲线愈陡，选频特性愈好。7/9/202417回首页第8章 波形产生与变换电路2.2.变压器反馈变压器反馈LCLC振荡电路振荡电路 反馈线圈L2将反馈信号送入三极管的输入回路。调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，使正反馈的幅值条件得以满足。7/9/202418回首页第8章 波形产生与变换电路同名端同名端 变压器变压器反馈LC振荡电路的振荡频率与并联LC谐振电路相同，为7/9/202419回首页第8章 波形产生与变换电路3.3.电感反馈式电感反馈式LCLC振荡电路振荡电路(电感电感三点式三点式)瞬时极性如图，符合正反馈的相位条件。电感反馈式LC振荡器（CB）电感反馈式LC振荡器（CE）7/9/202420回首页第8章 波形产生与变换电路将谐振回路的阻抗折算到三极管的各个电极之间，有Zbe、Zce、Zcb。若满足相位平衡条件，Zbe和Zce必须同性，即同为电容或同为电感，且与Zcb性质相反。另一种判断方法：另一种判断方法：7/9/202421回首页第8章 波形产生与变换电路4.4.电容反馈式电容反馈式LCLC振荡电路振荡电路(电容三点式电容三点式)电容反馈式电容反馈式CE电容反馈式电容反馈式CB瞬时极性如图，符合正反馈的相位条件。7/9/202422回首页第8章 波形产生与变换电路例 三点式振荡电路 试判断是否满足相位平衡条件。是否满足相位平衡条件。条件条件满足！满足！7/9/202423回首页第8章 波形产生与变换电路例 已知振荡电路如图所示，试判断它们能否振荡，若不能，如何修改电路使其满足相位平衡振荡条件。VB0V，三极管处于截止状态发射极有耦合电容Ce，反馈量被短路 修改后电路解：判断三极管电路能否振荡，首先判断电路中三极管是否正常工作。再判断电路是否满足相位平衡条件。7/9/202424回首页第8章 波形产生与变换电路 石英晶体的阻抗频率特性曲线 它有一个串联谐振频率fs,一个并联谐振频率 fp，二者十分接近二者十分接近。8.1.4 8.1.4 石英晶体石英晶体LCLC振荡电路振荡电路 用石英晶体（简称晶振）来控制振荡频率的振荡电路称为石英晶体振荡电路。石英晶体的等效电路 7/9/202425回首页第8章 波形产生与变换电路 此时晶体的阻抗接近为零,电路与电感三点式振荡电路相似。要使反馈传递到发射极，石英晶体应处于串联谐振点。阻抗接近为零,等效电路为 串联型串联型 f f0 0=f fs s7/9/202426回首页第8章 波形产生与变换电路 电路应满足正反馈的条件，石英晶体必须呈电感性才能形成LC并联谐振回路，产生振荡。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。并联型并联型 f fs s f f0 0f fp p 电感7/9/202427回首页第8章 波形产生与变换电路+Auoui运放开环运放开环加正反馈加正反馈uoui 1.1.集成运放的非线性应用集成运放的非线性应用+uoRR2R1ui输出只有两种可能8.2 8.2 电压比较器电压比较器8.2.1 8.2.1 概述概述7/9/202428回首页第8章 波形产生与变换电路2.2.处于非线性状态运放的特点处于非线性状态运放的特点虚短路不成立。虚短路不成立。输入电阻仍可以认为很大（虚断成立）。输入电阻仍可以认为很大（虚断成立）。7/9/202429回首页第8章 波形产生与变换电路 使uo从UH跃变为UL，或者从UL 跃变为UH 的输入电压称为输入电压称为阈值电压阈值电压或门限电压，门限电压，记作UT。输出电压uo只有两种状态，不是高电平UH，就是低电平UL,用以表示比较的结果。uoui0 UH UL 8.2.2 8.2.2 单限电压比较器单限电压比较器7/9/202430回首页第8章 波形产生与变换电路uoui0+UoM-UoMUREF 当输入信号ui小于参考电压UREF时，uo为低电平-UOM；+uouiUREF 当ui 升高到略大于UREF时，uo为高电平UOM。1.1.基本电压比较器基本电压比较器7/9/202431回首页第8章 波形产生与变换电路uoui0UOM-UOM+uoui1 1、过零比较器、过零比较器UREF=0V7/9/202432回首页第8章 波形产生与变换电路+uouituituo UOM -UOM例：例：利用电压比较器利用电压比较器将正弦波变为方波。将正弦波变为方波。2.过零比较器的应用过零比较器的应用7/9/202433回首页第8章 波形产生与变换电路限幅器限幅器tuiu0tUZ-UZ-+AuoR1RFuiDZR+7/9/202434回首页第8章 波形产生与变换电路另一种形式的限幅器：另一种形式的限幅器：-+AuoR1RFuiDZ+7/9/202435回首页第8章 波形产生与变换电路基本电压比较器的基本电压比较器的问题：问题：1、当、当Ao不够大时，输出边沿不陡。不够大时，输出边沿不陡。2、容易引入干扰。容易引入干扰。7/9/202436回首页第8章 波形产生与变换电路tuituo过零附近仍过零附近仍处于放大区处于放大区A Ao o不够大时的情况不够大时的情况7/9/202437回首页第8章 波形产生与变换电路引入干扰的情况引入干扰的情况7/9/202438回首页第8章 波形产生与变换电路8.2.3 8.2.3 滞回比较器滞回比较器1 1、下行滞回比较器、下行滞回比较器比较电压由原来的输出决定,为两个不同值。+uoR RR R2 2R R1 1uiU UREFREF=0=0输出电压uo高电平：输出电压uo低电平：7/9/202439回首页第8章 波形产生与变换电路传输特性传输特性U+U-U+-U-称为回差称为回差电压电压小于回差的干扰不会引起输出跳变下限下限上限上限uoui0UoM-UoM+uoR RR R2 2R R1 1ui阈值电压有两个！7/9/202440回首页第8章 波形产生与变换电路tui U+U-tuoUOM-UOM输入正弦波的情况输入正弦波的情况U+U-uoui0UoM-UoM7/9/202441回首页第8章 波形产生与变换电路加上参考电压加上参考电压UREF后的上下限后的上下限+uoRR2R1uiUREF原来UREF=0现在叠加现在叠加7/9/202442回首页第8章 波形产生与变换电路加上参考电压加上参考电压UREF后的传输曲线后的传输曲线uoui0U+U-U UREFREF7/9/202443回首页第8章 波形产生与变换电路2 2、上行、上行滞回比较器滞回比较器up=0 时翻转，可以求出上下限。时翻转，可以求出上下限。+uoRR2R1ui+uoRR2R1uiUREF上限上限下限下限7/9/202444回首页第8章 波形产生与变换电路U+U-uoui0UoM-UoM传输特性曲线传输特性曲线7/9/202445回首页第8章 波形产生与变换电路8.2.4 8.2.4 窗口比较器窗口比较器设R1=R2，则两门限两门限：单限比较器和滞回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两个给定电压之间，而窗口比较器具有这一功能。7/9/202446回首页第8章 波形产生与变换电路_+R2R1RPUsRFRLFIL负载！负载！例例 组成电流源：组成电流源：7/9/202447回首页第8章 波形产生与变换电路R1R1+AR2R2uoUsRLIL负载接地的电流源负载接地的电流源自己推导自己推导!7/9/202448回首页第8章 波形产生与变换电路 8.3.1 8.3.1 方波发生电路方波发生电路 方波发生电路是由滞回比较电路和RC定时电路构成。电源刚接通时,设 电容C充电，升高。8.3 8.3 非正弦波发生电路非正弦波发生电路+voRR2R1vi7/9/202449回首页第8章 波形产生与变换电路 当 时，所以 电容C放电，下降。当 ，时，返回初态。周期用过渡过程公式求出 占空比：占空比：7/9/202450回首页第8章 波形产生与变换电路占空比可调的占空比可调的方波方波电路电路 C充电时，充电电流经电位器的上半部RW1、二极管D1、Rf,C放电时，放电电流经Rf、二极管D2、电位器的下半部RW2。显然为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。7/9/202451回首页第8章 波形产生与变换电路占空比为：占空比为：7/9/202452回首页第8章 波形产生与变换电路8.3.2 8.3.2 三角波发生电路三角波发生电路 由滞回比较器和积分器组合而成的。积分器的输出反馈给滞回比较器，作为滞回比较器的 。1.当vO1=+VZ时,则电容C 充电,同时vO按线性逐 渐下降，当使A1的VP 略低于VN 时，vO1从 +VZ跳变为-VZ。+-7/9/202453回首页第8章 波形产生与变换电路2.在vO1=-VZ后，电容C开 始放电，vO按线性上升，当使A1的VP略大于零时，vO1从-VZ跳变为+VZ，如此周而复始，产生振 荡。vO的上升时间和下降 时间相等，斜率绝对值 也相等，故vO为三角波。7/9/202454回首页第8章 波形产生与变换电路输出峰值：输出峰值：由电流相等由电流相等7/9/202455回首页第8章 波形产生与变换电路 8.3.3 8.3.3 锯齿波发生锯齿波发生电路电路 改变积分器的充放电时间常数。图中的二极管D和R将使充电时间常数减为(RR)C，而放电时间常数仍为RC。7/9/202456回首页第8章 波形产生与变换电路 锯齿波周期可以根据时间常数和锯齿波的幅值求得。锯齿波的幅值为：vo1m=|Vz|Vom=|Vz|R1/R2于是有7/9/202457回首页第8章 波形产生与变换电路第8章结 束7/9/202458谢谢你的阅读v知识就是财富v丰富你的人生
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