第八章波形發(fā)生和信號轉換

8.1正弦波振蕩電路概述

8.2RC正弦波振蕩電路

8.3LC正弦波振蕩電路8.4電壓比較器第八章波形發(fā)生和信號轉換8.1正弦波振蕩電路概述

正弦振蕩器：不需要任何輸入信號，就能輸出穩(wěn)定的正弦波信號的電路

正反饋框圖（只有正反饋電路才能完成）如果電路中只可能有一個頻率滿足此條件，則電路只會在此頻率下形成“自激”，即形成正弦波振蕩8.1正弦波振蕩電路概述放大器無需輸入，反饋量充當輸入量※關于初始擾動問題初始擾動：不需人為給定，電路通電時的電流沖擊、電路中器件的噪聲、外界電磁波的干擾等。初始擾動的信號是任意的、隨機的，具有廣泛的頻譜分量。等幅振蕩增幅振蕩減幅振蕩8.1正弦波振蕩電路概述8.1正弦波振蕩電路概述選頻網(wǎng)絡：只有一個頻率滿足振蕩條件放大電路：合理的Q點，足夠的增益反饋網(wǎng)絡：正反饋穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：幅值穩(wěn)定，波形良好正弦振蕩電路的組成8.2RC正弦波振蕩電路一、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡頻率特性當信號的頻率很低時當信號的頻率很高時8.2RC正弦波振蕩電路定性分析1、當信號的頻率很低時相頻特性0|F|0幅頻特性8.2RC正弦波振蕩電路2、當信號的頻率很高時定性分析0|F|相頻特性幅頻特性08.2RC正弦波振蕩電路幅頻特性0|F|0|F|相頻特性00|F|8.2RC正弦波振蕩電路2.定量分析通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：1/3|F|8.2RC正弦波振蕩電路二、文氏橋正弦波振蕩電路Wien-BridgeOscillator放大環(huán)節(jié)：

集成運放構成的同相比例放大選頻網(wǎng)絡：

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡組成結構：正反饋環(huán)節(jié)：

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡，連接到運放同相輸入端，充當放大環(huán)節(jié)的輸入8.2RC正弦波振蕩電路二、文氏橋正弦波振蕩電路Wien-BridgeOscillator略大于3要滿足起振條件：AF略大于1---增幅振蕩減小失真，采用外部穩(wěn)幅環(huán)節(jié)1、采用熱敏電阻2、利用二極管非線性8.2RC正弦波振蕩電路1、熱敏電阻穩(wěn)幅起振時Rf較大使A>3,易起振,當uo幅度增加時,電流增加,溫度升高,Rf減小,A減小當uo幅度達某一值時,A→3,當uo進一步增大時,Rf再減小,使A<3

因此uo幅度自動穩(wěn)定于某一幅值正溫特性熱敏電阻—R1負溫特性熱敏電阻—Rf2、二極管非線性穩(wěn)幅8.2RC正弦波振蕩電路將Rf分為Rf1和Rf2Rf2并聯(lián)二極管

起振時D1、D2不導通，Rf1+Rf2略大于2R1。隨著uo的增加，D1、D2逐漸導通，隨著導通加劇，動態(tài)電阻減小，Rf減小，A自動下降，起到穩(wěn)幅作用電子琴的振蕩電路8.2RC正弦波振蕩電路8.2RC正弦波振蕩電路二、文氏橋正弦波振蕩電路Wien-BridgeOscillator振蕩頻率：缺點：頻率不能夠做高

MHz以下1、R太低，與運放輸出電阻相當，則運放的輸出電阻影響選頻特性2、C太低，與晶體管結電容相當，則結電容影響選頻特性1.LC并聯(lián)諧振回路r為電感和回路中的損耗電阻8.3LC正弦波振蕩電路當信號角頻率為ω時，回路阻抗為ZLC并聯(lián)諧振回路的頻率特性8.3LC正弦波振蕩電路8.3LC正弦波振蕩電路諧振時8.3LC正弦波振蕩電路品質因素Q：諧振時電感的感抗與其串聯(lián)損耗的電阻之比Q越大，電感存能作用越強，損耗越小，

曲線越陡越窄，選頻特性越好8.3LC正弦波振蕩電路諧振放大器LC并聯(lián)諧振電路為負載在諧振頻率處,放大倍數(shù)最大只要再加一個反饋網(wǎng)絡使相位條件滿足,就一定能夠產生正弦振蕩。反饋網(wǎng)絡(變壓器反饋、電容反饋、電感反饋)工作原理：變壓器反饋式LC振蕩電路

基本放大環(huán)節(jié)采用共射放大器或者共基極放大器，諧振時，放大倍數(shù)Au最大，只要改變變壓器的匝數(shù)比(反饋系數(shù)F），很容易滿足幅度條件|AF|>1，只需要利用變壓器的互感線圈，滿足相位條件，就一定能夠起振。1234初級線圈次級線圈同名端變壓器反饋式LC振蕩電路(+)(-)(+)判斷是否是滿足相位條件—相位平衡法1、判斷電路組態(tài)，找到反饋信號2、斷開反饋與放大器的輸入端3、在輸入端加一頻率為f0正極性信號4、用瞬時極性法判定反饋信號極性反饋信號與輸入信號同相，滿足相位條件變壓器反饋式LC振蕩電路(+)(+)(+)變壓器式振蕩器（幾MHz--幾十MHz）,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.三點式振蕩電路三點式諧振電路的構成將LC選頻網(wǎng)絡中的L用2個電感代替,或將C用2個電容代替,并選擇合適電路結構----三點式電感三點式電容三點式LC并聯(lián)選頻網(wǎng)絡注意：并聯(lián)諧振時，支路電流遠遠大于總電流

iL與iC大小相等方向相反ColpittsOscillator考畢茨振蕩器電感三點式LC振蕩電路HartleyOscillator哈特萊振蕩器反饋電壓Uf

取自C2反饋電壓Uf

取自L2電感三點式LC振蕩電路反饋電壓Uf取自L2電容三點式LC振蕩電路反饋電壓Uf取自C2電壓比較器電壓比較器是將輸入信號與預設的電平進行比較，而用輸出端的高電平或低電平來表示比較結果，它一般用于波形變換或者輸入電平識別8.3電壓比較器特點：運放組成的電路處于非線性區(qū)種類：單限、滯回和窗口比較器1.運放工作在非線性狀態(tài)：電路開環(huán)或引入正反饋運放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法2.運放在非線性區(qū)的分析方法：若UP＞UN

則UO=+UOM

若UP＜UN

則UO=-UOM

虛斷（運放輸入端電流=0）

注意：此時不能用虛短！(但是在臨界點滿足虛短)0uoui+Uom-Uom線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)UO=Aod

(UP–UN

)一、單門限電壓比較器1、過零比較器（與零電平比較）這種電路可做為零電平檢測器，也可用于“整形”，將不規(guī)則的輸入波形整形成規(guī)則的矩形波uoui0+UOM-UOMuoui0+UOM-UOMtuituo+Uom-Uom利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲ㄒ?、單門限電壓比較器uoui0+UZ-UZ用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓輸出限幅電路——使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值當ui>0時,u’o=+Uom,uo=+UZ當ui<0時,u’o=-UOm,uo=-UZ

一、單門限電壓比較器2.一般單門限比較器（與參考電壓Uref

比較）uoui0+UZ-UZUref當ui>Uref

時,uo=+UZ當ui<Uref

時,uo=-UZ

一、單門限電壓比較器uoui0+UZ-UZUref若ui從反相端輸入一、單門限電壓比較器當ui>Uref

時,uo=-UZ當ui<Uref

時,uo=+UZ一、單門限電壓比較器輸入電壓與參考電壓在同一邊時:虛短UTuoui0+UZ-UZa、高頻脈沖的邊緣不夠陡峭輸出電壓受運放轉換時間的限制單限比較器應用中存在的問題輸出波形邊緣不陡峭一、單門限電壓比較器b、抗干擾能力差若ui在參考電壓附近有噪聲或干擾，則輸出波形將產生錯誤的跳變，如果對uo波形去計數(shù)，計數(shù)值必然會多出許多，從而造成極大的誤差一、單門限電壓比較器特點:電路中使用正反饋二.滯回比較器工作原理—兩個門限電壓1、當uo=+UZ時，2、當uo=-UZ時，UTH稱上門限電壓UTL稱下門限電壓UTH-UTL稱為回差電壓滯回比較器的電壓傳輸特性：uoui0+UZ-UZUTHUTL設ui

,當ui=<UTL時,uo從-UZ+UZ這時,uo=-UZ

,

uP=UTL設初始值:

uo=+UZ

,

uP=UTH設ui,當ui=>UTH時,

uo從+UZ-UZ二.滯回比較器例:R1=10k,R2=10k,UZ=6V,Uref

=10V,求其電壓傳輸特性閾值電壓上下限：uoui08V2V傳輸特性+6V-6V二.滯回比較器2V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V2V傳輸特性+6V-6V輸入ui為如圖所示的波形時,畫出輸出uo的波形

單限比較器和滯回比較器在輸入單向變化時,輸出只跳變一次,窗口比較器是一種輸入單向變化,輸出跳變二次的比較器,即有二個閾值電壓:URL和URH應用：測量某個電壓是否在一定的范圍內三.窗口比較器D1,D2為普通二極管,保證單向導電性DZ為穩(wěn)壓二極管,保證輸出電平幅度三.窗口比較器URH>URL

1、當輸入信號Ui

>

URH

Uo1

=+

Uom,Uo2=-UomD1導通,D2截止,Uo=

UZ2、當輸入信號Ui

<

URL

Uo1

=-

Uom,Uo2=+UomD1截止,D2導通,Uo=UZ3、當

URL<

Ui

<

URH

D1截止,D2截止,Uo=0Uo1

=-

Uom,Uo2=-Uom三.窗口比較器URH=8V,URL

=1V,Uz=5V

1V8Vuiuo5V0本章小結1．正弦波振蕩