第八章波形發(fā)生和信號轉(zhuǎn)換

1、8.1 正弦波振蕩電路概述 8.2 RC正弦波振蕩電路 8.3 LC正弦波振蕩電路8.4 電壓比較器第八章 波形發(fā)生和信號轉(zhuǎn)換8.1 8.1 正弦波振蕩電路概述正弦波振蕩電路概述 正弦振蕩器正弦振蕩器：不需要不需要任何任何輸入信號輸入信號，就能，就能輸出輸出穩(wěn)定的穩(wěn)定的正弦波信號正弦波信號的電路的電路 正反饋框圖正反饋框圖fAA1AF fAF1A fdfXi0XAX，（只有正反饋電路才能完成）只有正反饋電路才能完成） 如果如果電路中只可能電路中只可能有一個(gè)頻率有一個(gè)頻率滿足此條件，則電路只會滿足此條件，則電路只會在此頻在此頻率下形成率下形成“自激自激”，即形成，即形成正弦波振蕩正弦波振蕩8.1

2、 8.1 正弦波振蕩電路概述正弦波振蕩電路概述 放大器無需輸入，反饋量充當(dāng)輸入量放大器無需輸入，反饋量充當(dāng)輸入量 關(guān)于初始擾動問題關(guān)于初始擾動問題 初始擾動：不需人為給定，初始擾動：不需人為給定，電路通電時(shí)的電流沖擊電路通電時(shí)的電流沖擊、電路中器電路中器件的噪聲、件的噪聲、外界電磁波的干擾等。初始擾動的信號是任意的、隨機(jī)外界電磁波的干擾等。初始擾動的信號是任意的、隨機(jī)的，具有廣泛的頻譜分量。的，具有廣泛的頻譜分量。dfX X1FA |等幅振蕩等幅振蕩增幅振蕩增幅振蕩fdAF1 XX|fdAF1 XX| 減幅振蕩減幅振蕩8.1 8.1 正弦波振蕩電路概述正弦波振蕩電路概述 AF1 AF1| |

3、8.1 8.1 正弦波振蕩電路概述正弦波振蕩電路概述1FA |1FA |選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)：只有一個(gè)頻率滿足振蕩條件只有一個(gè)頻率滿足振蕩條件放大電路放大電路：合理的合理的Q點(diǎn)，足夠的增益點(diǎn)，足夠的增益反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)：正反饋正反饋穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：幅值穩(wěn)定，波形良好幅值穩(wěn)定，波形良好正弦振蕩電路的組成正弦振蕩電路的組成nAF F1 +A= 2| nAF F1 +A= 2| 8.2 8.2 RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路一、一、RCRC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)頻率特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)頻率特性當(dāng)信號的頻率很低時(shí)當(dāng)信號的頻率很低時(shí)當(dāng)信號的頻率很高時(shí)當(dāng)信號的頻率很高時(shí)1221,11RCRC1221,11RCR

4、C8.2 8.2 RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路定性分析定性分析 1 1、當(dāng)信號的頻率很低時(shí)、當(dāng)信號的頻率很低時(shí)相頻特性相頻特性2211RjFRC,FFou0 |F|0 0 F2/幅頻特性幅頻特性0200,FFou，8.2 8.2 RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路2 2、當(dāng)信號的頻率很高時(shí)、當(dāng)信號的頻率很高時(shí)00,2FF ou，,FFou定性分析定性分析0 |F|相頻特性相頻特性幅頻特性幅頻特性 2 /F021211j CRj CF8.2 8.2 RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路幅頻特性幅頻特性0 |F|0 |F|相頻特性相頻特性 2 /F00 0 F2/F |F| F/2max

5、F？F？8.2 8.2 RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路2. 2. 定量分析定量分析22221111/j1/jjRCFRRCC通常，取通常，取R R1 1R R2 2R R，C C1 1C C2 2C C，則有：則有：113j()FRCRC2112122111(1)j()CRRCCRR C01RCRCf 210 1/3O |F| F/2O8.2 8.2 RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路二、文氏橋正弦波振蕩電路二、文氏橋正弦波振蕩電路 Wien-Bridge OscillatorWien-Bridge OscillatoruRf1RRRCCA+o放大環(huán)節(jié)：放大環(huán)節(jié)： 集成運(yùn)放集成運(yùn)放構(gòu)成

6、的同相比例放大構(gòu)成的同相比例放大選頻網(wǎng)絡(luò)：選頻網(wǎng)絡(luò)： RCRC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)：組成結(jié)構(gòu)：正反饋環(huán)節(jié)：正反饋環(huán)節(jié)： RCRC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，連接到運(yùn)放同相連接到運(yùn)放同相輸入端，充當(dāng)放大環(huán)節(jié)的輸入輸入端，充當(dāng)放大環(huán)節(jié)的輸入8.2 8.2 RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路二、文氏橋正弦波振蕩電路二、文氏橋正弦波振蕩電路 Wien-Bridge OscillatorWien-Bridge Oscillator11fuRAR 略大于略大于3 3要滿足起振條件：要滿足起振條件：AF 略大于略大于1-1-增幅振蕩增幅振蕩uRf1RRRCCA+o減小失真，采用外部穩(wěn)幅

7、環(huán)節(jié)減小失真，采用外部穩(wěn)幅環(huán)節(jié)1 1、采用熱敏電阻、采用熱敏電阻2 2、利用二極管非線性、利用二極管非線性RCfo218.2 8.2 RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路1 1、熱敏電阻、熱敏電阻穩(wěn)幅穩(wěn)幅 起振時(shí)起振時(shí)Rf 較大使較大使A A3,3,易起易起振振, ,當(dāng)當(dāng)u uo o幅度增加時(shí)幅度增加時(shí), ,電流增加電流增加, ,溫度升高溫度升高, ,Rf 減小減小, ,A A 減小減小 當(dāng)當(dāng)u uo o幅度達(dá)某一值時(shí)幅度達(dá)某一值時(shí), ,A A3,3,當(dāng)當(dāng)u uo o進(jìn)一步增大時(shí)進(jìn)一步增大時(shí), ,R Rf f 再減小再減小 , ,使使A A31，只需要，只需要利用變壓利用變壓器器的的互感線圈互

8、感線圈，滿足，滿足相位條件相位條件，就一定能夠起振。，就一定能夠起振。1234初級線圈初級線圈次級線圈次級線圈 同名端同名端123456變壓器反饋式變壓器反饋式LCLC振蕩電路振蕩電路判斷是否是滿足相位條件判斷是否是滿足相位條件 相位平衡法相位平衡法1 1、判斷、判斷電路組態(tài)電路組態(tài)，找到，找到反饋信號反饋信號2 2、斷開反饋斷開反饋與放大器的輸入端與放大器的輸入端3 3、在輸入端加一、在輸入端加一頻率為頻率為f0 正極性正極性信號信號4 4、用、用瞬時(shí)極性法瞬時(shí)極性法判定判定反饋信號極性反饋信號極性反饋信號與輸入信號同相，滿足相位條件反饋信號與輸入信號同相，滿足相位條件變壓器反饋式變壓器反饋

9、式LCLC振蕩電路振蕩電路CLf210 變壓器式振蕩器（變壓器式振蕩器（幾幾MHz-MHz-幾十幾十MHzMHz）, ,頻率再高變壓器自身頻率再高變壓器自身損耗大，無法將初級功率有效的耦合到次級損耗大，無法將初級功率有效的耦合到次級. .三點(diǎn)式振蕩電路三點(diǎn)式振蕩電路三點(diǎn)式諧振電路的構(gòu)成三點(diǎn)式諧振電路的構(gòu)成 將將LCLC選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)中的中的L L用用2 2個(gè)電感代替?zhèn)€電感代替, ,或?qū)⒒驅(qū) C用用2 2個(gè)電容代個(gè)電容代替替, ,并選擇并選擇合適電路結(jié)構(gòu)合適電路結(jié)構(gòu)-三點(diǎn)式三點(diǎn)式LCiCiLi電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式 LC LC并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)注意：并聯(lián)諧振時(shí)，支路電

10、流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于總電流注意：并聯(lián)諧振時(shí)，支路電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于總電流 iL與與iC大小相等方向相反大小相等方向相反（ +）（ +）（ ）Colpitts OscillatorColpitts Oscillator考畢茨振蕩器考畢茨振蕩器電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式LCLC振蕩電路振蕩電路（ +）（ +）（ ）Hartley OscillatorHartley Oscillator哈特萊振蕩器哈特萊振蕩器反饋電壓反饋電壓Uf 取自取自C2反饋電壓反饋電壓Uf 取自取自L2CMLLLCf)2(2121210 （ +）（ +）（ ）VRccCbcRb1Rb2eLe2CRC1L電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式LCLC振蕩電路振蕩電路

11、（ +）（ +）（ +）VCbRLb2b1ccL1eR2CeCR反饋電壓反饋電壓Uf 取自取自L2212102121CCCCLLCf （ +）（ +）（ +）電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式LCLC振蕩電路振蕩電路反饋電壓反饋電壓Uf 取自取自C2電壓比較器電壓比較器 電壓比較器是將輸入信號與預(yù)設(shè)的電平進(jìn)行比較，而電壓比較器是將輸入信號與預(yù)設(shè)的電平進(jìn)行比較，而用輸出端的高電平或低電平來表示比較結(jié)果，它一般用于用輸出端的高電平或低電平來表示比較結(jié)果，它一般用于波形變換或者輸入電平識別波形變換或者輸入電平識別8.3 8.3 電壓比較器電壓比較器特點(diǎn)：特點(diǎn)：運(yùn)放運(yùn)放組成的電路處于組成的電路處于非線性區(qū)非線性區(qū)

12、種類：種類：單限、滯回和窗口比較器單限、滯回和窗口比較器1. 1. 運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)：電路開環(huán)或引入正反饋運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)：電路開環(huán)或引入正反饋運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法2. 2. 運(yùn)放在非線性區(qū)的分析方法：運(yùn)放在非線性區(qū)的分析方法： 若若U UP PU UN N 則則U UO O=+=+U UOMOM 若若U UP PU UN N 則則U UO O=-=-U UOMOM 虛斷（運(yùn)放輸入端電流虛斷（運(yùn)放輸入端電流=0=0） 注意：此時(shí)不能用虛短！注意：此時(shí)不能用虛短！( (但是在但是在臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)滿足虛短滿足虛短) )0uoui+Uom-Uom線性

13、區(qū)線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)upuNo+VccVccuuuo+VccVccUO =Aod (UP UN )一、單門限電壓比較器一、單門限電壓比較器1 1、過零比較器、過零比較器（與零電平比較）（與零電平比較） 這種電路可做為零電平檢測器零電平檢測器，也可用于“整形整形”，將不規(guī)則的輸入波形整形成規(guī)則的矩形波 uA+ouiuoui0+UOMUOMuoui0+UOMUOMuA+ouituituo+UomUom利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲ɡ秒妷罕容^器將正弦波變?yōu)榉讲╱A+oui一、單門限電壓比較器一、單門限電壓比較器uoui0+UZUZ 用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓輸出限

14、幅電路輸出限幅電路使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值當(dāng)當(dāng)ui 0時(shí)時(shí), ,uo = +Uom , uo=+UZ當(dāng)當(dāng)ui Uref 時(shí)時(shí), ,uo = +UZ當(dāng)當(dāng)ui Uref 時(shí)時(shí), ,uo = UZ當(dāng)當(dāng)ui Uref 時(shí)時(shí), ,uo = +UZ一、單門限電壓比較器一、單門限電壓比較器輸入電壓與參考電壓在同一邊輸入電壓與參考電壓在同一邊0Ni 121212iefNruRRuRRRRuTiuUPNuu時(shí)時(shí): 虛短虛短1212120irefRRRRRRuu 120rTefuURR21TrefRURU 0Pu UTuoui0+UZUZa a、高頻脈沖高頻脈沖的邊緣不夠陡峭的邊緣不夠

15、陡峭 輸出電壓受運(yùn)放轉(zhuǎn)換時(shí)間的限制輸出電壓受運(yùn)放轉(zhuǎn)換時(shí)間的限制單限比較器應(yīng)用中存在的問題單限比較器應(yīng)用中存在的問題u uo ot t0 0輸出波形邊緣不陡峭輸出波形邊緣不陡峭一、單門限電壓比較器一、單門限電壓比較器b b、抗干擾能力差抗干擾能力差 若若u ui i在在參考電壓附近參考電壓附近有有噪聲或干擾噪聲或干擾，則輸出波形將產(chǎn)，則輸出波形將產(chǎn)生生錯誤的跳變錯誤的跳變，如，如果對果對u uo o波形去計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值必然會多出波形去計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值必然會多出許多，從而造成極大的誤差許多，從而造成極大的誤差uit0 0uot0 0一、單門限電壓比較器一、單門限電壓比較器特點(diǎn)特點(diǎn):電路中使用正反饋電路中

16、使用正反饋二二. . 滯回比較器滯回比較器工作原理工作原理兩個(gè)門限電壓兩個(gè)門限電壓1、當(dāng)、當(dāng)uo =+UZ時(shí)，時(shí)，2、當(dāng)、當(dāng)uo =UZ時(shí)，時(shí)，121212PTHZrefRRuUUURRRR12T1212PLZrefRRuUUURRRR UTH稱稱上門限電壓上門限電壓UTL稱稱下門限電壓下門限電壓UTH - - UTL稱為回差稱為回差電壓電壓滯回比較器的電壓傳輸特性：滯回比較器的電壓傳輸特性：uoui0+UZUZUTHUTL設(shè)設(shè)ui , 當(dāng)當(dāng)ui = UTH時(shí)時(shí), uo從從+UZ UZ二二. . 滯回比較器滯回比較器例例: :R R1 1=10k=10k , ,R R2 2=10k=10k ,

17、 ,U UZ Z=6V,=6V,U Uref =10V,=10V,求其電壓傳輸特性求其電壓傳輸特性閾值電壓閾值電壓上下限上下限：12T12128VHZrefRRUUURRRR12T12122VLZrefRRUUURRRR uoui08V2V傳輸特性傳輸特性+6V6V二二. . 滯回比較器滯回比較器2V8Vuiuo+6V6Vuoui08V2V傳輸特性傳輸特性+6V6V輸入輸入u ui i為如圖所示的波形時(shí)為如圖所示的波形時(shí), ,畫出輸出畫出輸出u uo o的波形的波形 單限比較器和滯回比較器單限比較器和滯回比較器在在輸入單向變化輸入單向變化時(shí)時(shí),輸出只跳輸出只跳變一次變一次,窗口比較器窗口比較器

18、是一種輸入單向變化是一種輸入單向變化,輸出跳變二次的輸出跳變二次的比較器比較器,即有即有二個(gè)閾值電壓二個(gè)閾值電壓:URL和和URH應(yīng)用：測量某個(gè)電壓是否在一定的范圍內(nèi)應(yīng)用：測量某個(gè)電壓是否在一定的范圍內(nèi)三三. . 窗口比較器窗口比較器D1,D2為為普通二極管普通二極管,保證單向?qū)щ娦员ＷC單向?qū)щ娦訢Z為為穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管,保證輸出電平幅度保證輸出電平幅度三三. . 窗口比較器窗口比較器URH URL 1、當(dāng)輸入信號、當(dāng)輸入信號Ui URH Uo1 =+=+ Uom , Uo2 =-=-UomD1導(dǎo)通導(dǎo)通,D2截止截止, Uo = UZ2、當(dāng)輸入信號、當(dāng)輸入信號Ui URL Uo1 =-=- Uom , Uo2 =+=+UomD1截止截止,D2導(dǎo)通導(dǎo)通, Uo = UZ3、當(dāng)、當(dāng) URL Ui URH D1截止截止,D2截止截止,Uo = 0Uo1 =-=- Uom , Uo2 =-=-Uom三三. . 窗口比較器窗口比較器URH = 8V, ,URL = 1V ,Uz = 5V 1V8Vuiuo 5V0本章小結(jié)本章小結(jié)1正弦波振蕩的平衡條件：正弦波振蕩的平衡條件：AF=1 （