第8章-波形产生和变换电路课件

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第第8章章波形产生和变换电路波形产生和变换电路负反馈放大器中产生自激振荡的情况:负反馈放大器中产生自激振荡的情况:净输入信号净输入信号开环电压放大倍数开环电压放大倍数 反馈系数反馈系数 闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数 当当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。自激振荡自激振荡 负反馈变成了正反馈。这种情况是负反馈变成了正反馈。这种情况是要设法避免的。要设法避免的。但我们若要使放大器产但我们若要使放大器产生振荡时,就要有意识地将电路接成生振荡时,就要有意识地将电路接成正正反馈反馈。8.1 正弦波产生电路正弦波产生电路正弦波发生电路正弦波发生电路通常称为通常称为正弦波振荡器正弦波振荡器。特点:特点:不需要外加任何输入信号就能根据要求而不需要外加任何输入信号就能根据要求而输出特定频率的正弦波信号。输出特定频率的正弦波信号。波形发生电路是非常典型的波形发生电路是非常典型的正反馈正反馈放大电路。放大电路。正弦波产生电路正弦波产生电路净输入信号净输入信号开环电压放大倍数开环电压放大倍数 反馈系数反馈系数 闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数 当当正反馈正反馈放大电路产生振荡。放大电路产生振荡。正弦波振荡器的组成正弦波振荡器的组成 正弦波振荡器应由正弦波振荡器应由基本放大器基本放大器、反馈网络反馈网络、选频网络选频网络和和稳幅网络稳幅网络四部分组成。这四部分的作四部分组成。这四部分的作用分别是:用分别是:在实际的振荡器电路中,反馈网络和选频网在实际的振荡器电路中,反馈网络和选频网络通常是由同一个电路组成的。络通常是由同一个电路组成的。(3)稳幅网络用来稳定正弦波振荡器输出信号的)稳幅网络用来稳定正弦波振荡器输出信号的幅度。幅度。(2)选频网络用来提取特定频率的正弦波信号;)选频网络用来提取特定频率的正弦波信号;(1)放大器和反馈网络组成正反馈放大器;)放大器和反馈网络组成正反馈放大器;正弦波振荡器的分类正弦波振荡器的分类 根据选频网络的不同,可将正弦波振荡根据选频网络的不同,可将正弦波振荡器分成:器分成:(1)RC正弦波振荡器(正弦波振荡器(1MHz的高频)的高频)(3)石英晶体正弦波振荡器(频率非常稳定)石英晶体正弦波振荡器(频率非常稳定)判断能否产生正弦波振荡判断能否产生正弦波振荡(1)判断电路组成是否完整;)判断电路组成是否完整;(2)用瞬时极性法或电路特点判断电路是否)用瞬时极性法或电路特点判断电路是否引入正反馈(是否满足相位平衡条件)等。引入正反馈(是否满足相位平衡条件)等。(3)分析振荡频率和起振条件)分析振荡频率和起振条件8.1.2 正弦波产生电路正弦波产生电路RC 串并联网络是串并联网络是正反馈正反馈网络网络Rf 和和R1为为负反馈负反馈网络。网络。设电阻设电阻R和电容和电容C相串联的阻抗为相串联的阻抗为Z1,相并联的阻抗为,相并联的阻抗为Z2因该电路的因该电路的R1、Rf、Z1和和Z2四四个器件组成电桥的四个臂个器件组成电桥的四个臂,电桥的,电桥的对角线顶点接到放大电路的两个输对角线顶点接到放大电路的两个输入端,所以该电路又称为入端,所以该电路又称为文氏电桥文氏电桥振荡电路振荡电路。RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性令令则则RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性当当 f=ff=f0 0 时,时,相角相角 F F=0=0 f取其它值,相角都不为取其它值,相角都不为0。而而为实数,相角为实数,相角 A A=0=0 所以只有当所以只有当时,才能满足正弦振荡的时,才能满足正弦振荡的相位平衡条件相位平衡条件:(相位平衡条件)(相位平衡条件)此时此时(f=ff=f0 0),若要满足正弦振荡的若要满足正弦振荡的幅度平衡条件幅度平衡条件:(幅度平衡条件)(幅度平衡条件)需使得需使得,即,即振荡频率振荡频率 由上面分析可知,只有当由上面分析可知,只有当f=ff=f0 0时,才满时,才满足正弦振荡的足正弦振荡的相位平衡条件相位平衡条件,振荡频率是,振荡频率是由相位平衡条件所决定的,所以振荡频率由相位平衡条件所决定的,所以振荡频率为为 振荡的建立和稳幅的措施振荡的建立和稳幅的措施 由于电路中存在由于电路中存在噪声噪声,它的频谱分布很广,它的频谱分布很广,其中一定包括有其中一定包括有f=ff=f0 0这样一个频率成分。这种微这样一个频率成分。这种微弱的信号,经过放大器和正反馈网络形成闭环。弱的信号,经过放大器和正反馈网络形成闭环。为了使电路容易起振,让振荡电路开始时,为了使电路容易起振,让振荡电路开始时,略大于略大于3,对,对f0 0信号进行有效的放大信号进行有效的放大当当f f0 0信号的幅度达到一定值时,应将振荡放大信号的幅度达到一定值时,应将振荡放大器电压放大倍数的值降到器电压放大倍数的值降到3,使振荡器输出信号的,使振荡器输出信号的幅度保持稳定幅度保持稳定,该功能由振荡器的,该功能由振荡器的稳幅电路稳幅电路来实施。来实施。电路的稳幅过程电路的稳幅过程 只要将电阻只要将电阻Rf改成改成负温度系数的热敏电阻负温度系数的热敏电阻即即可组成稳幅电路,实现自动稳幅的作用。可组成稳幅电路,实现自动稳幅的作用。稳幅原理:稳幅原理:刚接通电源时,电阻刚接通电源时,电阻Rf的值比的值比2R1的值大,的值大,略大于略大于3,振荡放大器对振荡放大器对f0信号进行有效信号进行有效的放大,随着电阻的放大,随着电阻Rf的温度上的温度上升,阻值下降,升,阻值下降,下降到下降到3,振荡器输出信号幅度将不再增振荡器输出信号幅度将不再增大,保证了振荡器输出信号幅大,保证了振荡器输出信号幅度的稳定。度的稳定。反之也可以使用反之也可以使用正正温度系数温度系数的热敏电的热敏电阻阻R1。频率可变的正弦波信号发生器频率可变的正弦波信号发生器 K:双联开关,双联开关,切换切换R,用于粗用于粗调振荡频率。调振荡频率。8.1.3 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 LC正弦波振荡器的正弦波振荡器的选频网络选频网络由由LC谐振电路组成,反谐振电路组成,反馈信号的耦合方式有馈信号的耦合方式有变压器反馈式变压器反馈式、电感反馈式电感反馈式和和电容反电容反馈式馈式三种类型。三种类型。LC并联谐振回路并联谐振回路通常通常R00)-U UOMOM (u ui i00)+(与理想运算放大器特性相同与理想运算放大器特性相同)电压传输特性的转折点对应的输入电压输入电压称为阈值电压阈值电压U Uthth实际上电压比较器就是运算放大器在非线性区在非线性区的一种应用二、单门限电压比较器-一个阈值电压1,过零电压比较器-阈值电压Uth=0(1)复习”稳压管串联问题”两个稳压值U UZ Z都等于5V的稳压管串联(正向导通电压不计正向导通电压不计)UO+-12VUO-+12VUO-+12VUO+-12VUO+-12VUO+-12VUO+-12VUO-+12V(2)过零电压比较器u uO O =+U UZ Z (u ui i0,0,u u-0,0,u u-u u+)波形变换波形变换(U UZ Z=5V,U=5V,U0M0MUUZ Z)+12V-12VO-5V+5V正弦波变换为方波正弦波变换为方波2,任意电压比较器-阈值电压Uth是任意值任意值u uO O =+U UZ Z (u ui i ,u u-,u u-u u+)0时的传输特性时的传输特性2,任意电压比较器的另一种形式根据叠加原理u-=ui iu-u+=0,0,即即ui i u+=0,0,即即ui i uO O=-=-U UZ Z可见可见波形变换波形变换(U UZ Z=5V,U=5V,U0M0MUUZ Z)、及及已知已知求得求得三角波转换成矩形波三角波转换成矩形波改变改变可以改变可以改变从而改变矩形波的占空比从而改变矩形波的占空比二、双门限电压比较器-两个阈值电压1,滞回电压比较器这是一个电压串联正反馈电路这是一个电压串联正反馈电路u u+=u uF反馈系数反馈系数F=R R1 1R R1 1+R R2 2即即-要与进行比较=有两个数值,也就有两个数值因此,阈值电压Uth就也有两个数值就也有两个数值u u+=u uF1-2+才从才从所以所以+要增加到要增加到(),()下降到下降到()2时,(2)-()()才从才从所以所以-要下降到要下降到(),上升到上升到波形变换波形变换门限电压不对称的滞回电压比较器门限电压不对称的滞回电压比较器其阈值电压为:(证明从略证明从略)Uth1=UR-UZR2R2+R1R2+R1R1Uth2=UR+UZR2R2+R1R2+R1R1(U(UR R0)0)2,窗口电压比较器已知已知当当=-U UOMOM截止截止+U UOMOM=导通导通=-U UOMOM截止截止当当-U UOMOM=截止截止=0=
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