波形发生和信号转换

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章 波形发生和信号变换电路,8.1 正弦波振荡电路,8.2 电压比较器,8.3 非正弦波发生电路,重点：正弦波振荡的条件，正弦波振荡电路组成及其判别；电压比较器、非正弦波振荡电路的组成及其工作原理。,8.1 正弦波振荡电路,一、产生正弦波振荡条件,无,外加信号：,输出一定频率一定幅值的信号。,概述,结构：没有输入信号且带选频网络的正反馈放大电路。,与负反馈放大电路的振荡不同：,正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。,电扰动：,对于某一特定频率,f,0,的信号形成正反馈：,达到平衡：,由于半导体器件非线性特性及供电电源限制，最终达到动态平衡，稳定幅值。,。,一旦产生稳定的振荡，则电路的输出自动维持,振荡幅值平衡条件,振荡相位平衡条件,二、初始信号来源及起振条件,1、初始信号来源：,利用电路中瞬态扰动信号，通过选频网络选出所需频率信号。,2、起振条件：,受放大环节非线性限制 uo,A,|,AF,|=1,uo,稳定,要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的,f,0,，且在通电时对于,f,=,f,0,信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。,电路如何从起振到稳幅？,稳定的振幅,非线性环节的必要性！,三、,正弦波振荡电路的组成和判据,放大环节,反馈网络,稳幅环节,选频网络,保证稳幅振荡,放大：使电路从起振到平衡，可以获得输出能量,满足相位条件：使放大电路的输入信号等于反馈信号,确定振荡频率，,产生正弦波振荡,判断电路能否产生正弦波振荡的方法和步骤,（1）观察电路是否含有四个组成部分；,（2）判断放大电路能否正常工作（静态和动态）；,（3）利用瞬时极性法判断电路是否满足振荡相位平衡条件；,瞬时极性法：,断开反馈与放大电路的连接，在放大电路的输入端加瞬时信号。,（4）判断电路是否满足振荡幅值平衡条件。,Ui,的极性 Uo的极性 Uf的极性,若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。,四、分类,常用选频网络所用元件分类。,1.RC,正弦波振荡电路：几百千赫以下,2.LC正弦波振荡电路：几百千赫几百兆赫,3.石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定,8.1.2 RC正弦波振荡电路,1、RC串并联网络的选频特性,一、RC桥式正弦波振荡电路,低频段,高频段,容抗大于电阻，U,f,超前Uo，趋于90,o,，且U,f,趋于零。,容抗小于电阻，U,f,落后Uo，趋于90,o,，且U,f,趋于零。,取f,0,=1/(2,RC),若 f=f,0,，则,u,f,/,u,o,=1/3,|,u,f,/,u,o,|达最大值；,u,f,与,u,o,同相。,R,C,R,C,u,0,R,1,R,f,u,f,u,i,-,+,A,放大环节,稳幅环节,反馈网络,选频网络,稳幅措施,电路构成,相位条件,起振条件,f=f,0,时,F,=,u,f,/,u,o,=1/3,只要,A,=1+R,f,/R,1,3,起振条件满足。,振荡频率,f,0,=1/2,RC,取R,f,为负温度系数热敏电阻,2、振荡电路组成与起振,+,+,+,+,振荡频率连续可调的RC,串并联选频网络,习题8.6 试求解：,（1）,R,W,的下限值；,（2）振荡频率的调节范围。,（1）根据起振条件,（2）振荡频率的最大值和最小值分别为,R,W,的下限值为2k。,定性分析：,f低，Z取决于电感支路，呈感性。f 越低,Z越小。,f高，Z取决于电容支路，呈容性。f 越高,Z越小。,可证：中间某频率 f=f,0,并联阻抗为纯阻，且达最大值。,一、LC谐振回路频率特性,u,I,+,-,f,0：,并联谐振频率，可证：,8.1.3,LC正弦波振荡电路,选频放大电路,变压器反馈式,电感反馈式,电容反馈式,电路引入正反馈，,反馈信号替代输入信号，,构成正弦波振荡电路,二、变压器反馈式振荡电路,1、变压器绕组互为同名端相位相同；互为异名端相位相反。,2、f=f,0,时，LC,并联回路Z呈纯阻且为最大值。,相位条件,振荡频率,-,+,+,构成：共射放大电路、LC选频网络、变压器反馈构成正反馈环节。,三、,电感反馈式振荡电路,交流通路：,电感线圈引出三端点分别与晶体管三个极相连。,相位条件,振荡频率,L=L,1,+L,2,+2M,1,3,2,4,四、电容反馈式振荡电路,交流通路：,电容引出三端点分别与晶体管三个极相连。,C=C,1,C,2,/(C,1,+C,2,),L(C),三点式简易相位判别法：,只要性质相同的电抗元件的中点与三极管e极相连，,则电路一定满足相位条件。,振荡频率,相位条件,1,3,2,4,例：利用相位平衡条件判断电路可否振荡。（参考教材P419）,例：为使电路振荡，标明变压器的同名端。（参考教材P419）,1,4,2,5,3,电路组成分析：,共射放大电路、L,C,1,C,b,构成选频网络，电容三点式选频。,利用瞬时极性法使电路满足振荡时的相位平衡条件。,工作原理分析：,例：为使电路振荡，修改电路中的错误。（参考教材P420）,L的连接使晶体管饱和，静态设置不合理。,集电极无输出电阻，交流短路。,8.1.4 石英晶体正弦波振荡电路,一、石英晶体的基本知识,1、石英晶体的压电效应,电极上加电场,晶体机械变形,晶体上加压力,电极上产生电场,压电效应,电极上加交变电压,晶体机械振动,交变电场,当f=f,0,时，晶体机械振动,及,交变电场显著增强。,压电谐振,固有谐振频率,2、石英晶体谐振器的等效电路,晶体,静态,用Co,等效,谐振时,L等效惯性,C等效弹性,R等效摩擦损耗,X,f,0,f,s,f,p,容性,感性,容性,Z=jX (R忽略）,X=0:LC支路产生串联谐振,串联谐振频率:,X,:,回路产生并联谐振,并联谐振频率:,2、串联型石英晶体正弦波振荡电路,二、石英晶体正弦波振荡电路,1、并联型石英晶体正弦波振荡电路,特点：石英晶体的阻抗呈电感性，与外接电容构成并联谐振。振荡频率 f,p,f,f,s,。,特点：石英晶体发生串联谐振，阻抗呈纯阻性，振荡频率为f,s,。,名称：,常用选频网络命名：RC正弦波振荡电路，LC正弦波振荡电路，石英晶体正弦波振荡电路。,适用范围：,低频段小于1MHz，采用RC正弦波振荡电路,高频段大于1MHz，采用LC正弦波振荡电路,稳定的振荡频率，采用石英晶体正弦波振荡电路,正弦波振荡电路小结,8.2 电压比较器,8.2.1 概述,功能：,比较两个电压的大小，在输出端以不同电平表示。,要求：,鉴别准确，反应灵敏，动作迅速，抗干扰能力强。,电压比较器中集成运放工作状态：,1、工作在开环或正反馈状态。,2、输入输出关系非线性。,虚短不成立！（仍有虚断）,比较器种类：单限比较器、滞回比较器、窗口比较器,u,P,u,N,u,o,为高电平,u,P,u,N,u,o,为低电平,u,P,=,u,N,u,o,状态发生转换,8.2.2 简单电压比较器,阈值u,T,：u,o,翻转时所对应的u,i,分析电压传输特性：,（1）输出高、低电平U,OH,、U,OL,（2）阈值电压U,T,（3）当u,P,经过,U,T,时，U,O,跃变方向,一、过零比较器,含,输出限幅电路的电压比较器,稳压管稳压值不同 稳压管稳压值相同,二、单限比较器,绘制电压传输特性三要素,1.依据限幅电路确定输出高低电平。,2.令,u,P,=,u,N,求阈值电压。,3.根据,u,i,输入端与运放的连接，确定输出跃变方向。,单限比较器例题：,过零比较器,单限比较器,8.2.3 滞回比较器,光检测电路,继电器,开关,街灯,V,CC,V,REF,光,1.当输出u,o,为高电平u,o,=u,z,时，,同相端受到u,z,和u,REF,同时作用,带参考电压的滞回比较器,2.当输出u,o,为,低,电平u,o,=-u,z,时，,同相端受到-u,z,和u,REF,同时作用,例：已知输入和输出波形，判断是那种电压比较器，画出其电压传输特性。,结论：反相输入，带滞回特性的电压比较器。,8.2.4 窗口比较器,特点：能检测出输入电压是否在两个给定电压之间。,一、过零比较器,二、单限比较器,三、滞回比较器,四、带参考电压的滞回比较,五、窗口比较器,8.3 非正弦波发生电路,8.3.1 矩形波发生电路,高电平的时间与周期之比：,占空比,占空比可调电路,8.3.2 三角波发生电路,方波电路,积分电路,+,=,三角波发生电路,实用电路：去掉方波电路中的RC环节，用积分电路作为延迟环节。,实用三角波发生电路,电路组成：同相输入滞回比较器，积分电路,8.3.3 锯齿波发生电路,锯齿波与三角波的区别：波形上升和下降的斜率不对称。,