東華大學模擬電子技術-第九章波形的發(fā)生和信號的轉換20140510

模擬電子技術基礎第十章波形的發(fā)生和信號的轉換第10章波形的發(fā)生和信號的轉換1、正弦波振蕩電路2、電壓比較器3、非正弦波發(fā)生電路4、利用集成運放實現的信號轉換電路1、正弦波振蕩的條件和電路的組成一、正弦波振蕩電路在電擾動下，對于某一特定頻率f0的信號形成正反饋：由于半導體器件的非線性特性及供電電源的限制，最終達到動態(tài)平衡，穩(wěn)定在一定的幅值。。注意符號(1)

正弦波振蕩的條件無外加信號，輸出一定頻率一定幅值的信號。與負反饋放大電路的振蕩的不同之處：在正弦波振蕩電路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。1、正弦波振蕩的條件和電路的組成(1)

正弦波振蕩的條件一旦產生穩(wěn)定的振蕩，則電路的輸出量自維持，即:幅值平衡條件相位平衡條件起振條件：

要產生正弦波振蕩，必須有滿足相位條件的f0，且在合閘通電時對于f=f0信號有從小到大直至穩(wěn)幅的過程，即滿足起振條件。一、正弦波振蕩電路1、正弦波振蕩的條件和電路的組成(2)

起振與穩(wěn)幅電路起振到穩(wěn)幅過程穩(wěn)定的振幅非線性環(huán)節(jié)的必要性！一、正弦波振蕩電路1、正弦波振蕩的條件和電路的組成(3)

基本組成部分

放大電路：放大作用正反饋網絡：滿足相位條件選頻網絡：確定f0，保證電路產生正弦波振蕩

非線性環(huán)節(jié)（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）：穩(wěn)幅常合二為一一、正弦波振蕩電路1、正弦波振蕩的條件和電路的組成(4)

分析方法

是否存在主要組成部分；放大電路能否正常工作，即是否有合適的Q點，信號是

否可能正常傳遞，沒有被短路或斷路；是否滿足相位條件，即是否存在f0，是否可能振蕩

；是否滿足幅值條件，即是否一定振蕩。一、正弦波振蕩電路一、正弦波振蕩電路1、正弦波振蕩的條件和電路的組成(5)

正弦波振蕩電路分類根據選頻網絡所用元件進行分類。

RC正弦波振蕩電路：幾百千赫以下

正弦波振蕩電路：幾百千赫～幾百兆赫

石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定

一、正弦波振蕩電路1、正弦波振蕩的條件和電路的組成(6)相位條件的判斷方法——瞬時極性法斷開反饋，在斷開處給放大電路加f＝f0的信號Ui，且規(guī)定其極性，然后根據

Ui的極性→Uo的極性→Uf的極性若Uf與Ui極性相同，則電路可能產生自激振蕩；否則電路不可能產生自激振蕩。在多數正弦波振蕩電路中，輸出量、凈輸入量和反饋量均為電壓量。極性？一、正弦波振蕩電路2、RC橋式正弦波振蕩電路(1)RC串并聯選頻網絡低頻段高頻段在頻率從0～∞中必定有一個頻率f0，使得φF＝0o。一、正弦波振蕩電路2、RC橋式正弦波振蕩電路(2)RC串并聯選頻網絡的頻率特性當f=f0時，不但φ=0，且最大，為1/3。一、正弦波振蕩電路2、RC橋式正弦波振蕩電路(3)電路組成1)是否可用共射放大電路？2)是否可用共集放大電路？3)是否可用共基放大電路？4)是否可用兩級共射放大電路？應該為RC串并聯網絡配一個電壓放大倍數略大于3、輸入電阻趨于無窮大、輸出電阻趨于0的放大電路。不滿足相位條件不滿足振幅條件輸入電阻小、輸出電阻大，影響f0可引入電壓串聯負反饋，使電壓放大倍數大于3，且Ri大、Ro小，對f0影響小一、正弦波振蕩電路2、RC橋式正弦波振蕩電路(4)RC橋式正弦波振蕩電路（文氏電橋振蕩電路）用同相比例運算電路作放大電路。因為同相比例運算電路有非常好的線性度，故R1或Rf可用熱敏電阻，或加二極管作為非線性環(huán)節(jié)。振蕩頻率：起振條件：一、正弦波振蕩電路2、RC橋式正弦波振蕩電路(5)頻率可調的文氏電橋振蕩電路改變電容以粗調，改變電位器滑動端以微調。加穩(wěn)壓管可以限制輸出電壓的峰-峰值。同軸電位器一、正弦波振蕩電路2、RC橋式正弦波振蕩電路(6)文氏電橋振蕩電路例題放大電路和選頻網絡如圖，請正確連接構成文氏電橋振蕩電路一、正弦波振蕩電路3、LC正弦波振蕩電路(1)LC并聯網絡的選頻特性理想LC并聯網絡在諧振時呈純阻性，且阻抗無窮大。諧振頻率為：在損耗較小時，品質因數及諧振頻率為：在f＝f0時，電容和電感中電流各約為多少？網絡的電阻為多少？損耗一、正弦波振蕩電路3、LC正弦波振蕩電路(2)LC選頻放大電路構成正弦波振蕩電路最簡單的做法是通過變壓器引入反饋。附加相移當f=f0時，電壓放大倍數的數值最大，且附加相移為0。一、正弦波振蕩電路3、LC正弦波振蕩電路(3)變壓器反饋式振蕩電路C1必須要嗎？特點：易振，波形較好；耦合不緊密，損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。分析電路是否可能產生正弦波振蕩的步驟：1)是否存在組成部分2)放大電路是否能正常工作3)是否滿足相位條件為使N1、N2耦合緊密，將它們合二為一，組成電感反饋式電路。變壓器必須有合適的同名端！一、正弦波振蕩電路3、LC正弦波振蕩電路(4)電感反饋式（電感三點式）振蕩電路反饋電壓取自哪個線圈？反饋電壓的極性？必要嗎？電感的三個抽頭分別接晶體管的三個極，故稱之為電感三點式電路。一、正弦波振蕩電路3、LC正弦波振蕩電路特點：耦合緊密，易振，振幅大，C用可調電容可獲得較寬范圍的振蕩頻率。波形較差，常含有高次諧波。由于電感對高頻信號呈現較大的電抗，故波形中含高次諧波，為使振蕩波形好，采用電容反饋式電路。(4)電感反饋式（電感三點式）振蕩電路一、正弦波振蕩電路3、LC正弦波振蕩電路(5)電容反饋式（電容三點式）振蕩電路若要振蕩頻率高，L、C1、C2取值就小，當電容減小到一定程度時，晶體管的極間電容將并聯在C1和C2上，影響振蕩頻率。特點：波形好，振蕩頻率調整范圍小，適于頻率固定的場合。與放大電路參數無關作用？一、正弦波振蕩電路4、石英晶體正弦波振蕩電路(1)石英晶體的特點壓電效應和壓電振蕩：機械變形和電場的關系固有頻率只決定于其幾何尺寸，故非常穩(wěn)定。容性感性阻性一般LC選頻網絡的Q為幾百，石英晶體的Q可達104～106；前者Δf/f為10－5，后者可達10－10～10－11。一、正弦波振蕩電路4、石英晶體正弦波振蕩電路(1)石英晶體振蕩器電路①石英晶體工作在哪個區(qū)？②是哪種典型的正弦波振蕩電路？①石英晶體工作在哪個區(qū)？②兩級放大電路分別為哪種基本接法？③C1的作用？（a）并聯型電路（b）串聯型電路一、正弦波振蕩電路5、正弦波振蕩電路練習同名端？能產生正弦波振蕩嗎？注意事項：1.放大電路必須能夠正常工作，放大電路的基本接法；2.斷開反饋，在斷開處加f=f0的輸入電壓；3.找出在哪個元件上獲得反饋電壓，是否能取代輸入電壓。二、電壓比較器1、概述(1)電壓比較器的功能：比較電壓的大小。廣泛用于各種報警電路。輸入電壓是連續(xù)的模擬信號；輸出電壓表示比較的結果，只有高電平和低電平兩種情況。使輸出產生躍變的輸入電壓稱為閾值電壓。(2)

電壓比較器的描述方法:電壓傳輸特性uO＝f(uI)

電壓傳輸特性的三個要素：（a）輸出高電平UOH和輸出低電平UOL

（b）閾值電壓UT

（c）輸入電壓過閾值電壓時輸出電壓躍變的方向二、電壓比較器1、概述（a）單限比較器：只有一個閾值電壓（c）窗口比較器：有兩個閾值電壓，輸入電壓單調變化時輸出電壓躍變兩次。（b）滯回比較器：具有滯回特性輸入電壓的變化方向不同，閾值電壓也不同，但輸入電壓單調變化使輸出電壓只躍變一次。回差電壓:(3)幾種常用的電壓比較器二、電壓比較器1、概述(4)集成運放的非線性工作電路特征：集成運放處于開環(huán)或僅引入正反饋。集成運放工作在非線性區(qū)的特點（a)凈輸入電流為0（b)uP>uN時，

uO＝＋UOM

uP<uN時，

uO＝－UOM二、電壓比較器2、單限比較器(1)過零比較器（a）UT＝0（b）UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM（c）uI>0時uO＝－UOM;uI<0時uO＝＋UOM集成運放的凈輸入電壓等于輸入電壓，為保護集成運放的輸入端，需加輸入端限幅電路。集成運放的凈輸入電壓最大值為±UD二、電壓比較器(1)過零比較器輸出限幅措施

為適應負載對電壓幅值的要求，輸出端加限幅電路。UOH＝＋UZ1＋UD2

UOL＝－(UZ2＋UD1)不可缺少！2、單限比較器二、電壓比較器(1)過零比較器輸出限幅電路uO＝±UZ（1）保護輸入端（2）加速集成運放狀態(tài)的轉換電壓比較器的分析方法：（a）寫出uP、uN的表達式，令uP＝uN，求解出的uI即為UT；（b）根據輸出端限幅電路決定輸出的高、低電平；（c）根據輸入電壓作用于同相輸入端還是反相輸入端決定輸出電壓的躍變方向。2、單限比較器二、電壓比較器(2)一般單限比較器（a）若要UT<0，則應如何修改電路？（b）若要改變曲線躍變方向，則應如

何修改電路？（c）若要改變UOL、UOH呢？作用于反相輸入端

UREF<0的傳輸特性2、單限比較器二、電壓比較器(1)閥值電壓3、滯回比較器單限比較器抗干擾能力差，輸入電壓在閥值電壓附近微小的變化會引起輸出的越變，如何修改電路？采用滯回比較器。閥值電壓:二、電壓比較器(2)工作原理及電壓傳輸特性3、滯回比較器設uI＜－UT，則uN＜uP，

uO＝+UZ。此時uP＝+UT，增大

uI，直至+UT，再增大，

uO才從+UZ躍變?yōu)椋璘Z。設uI＞+UT，則uN＞uP，

uO＝－UZ。此時uP＝－UT，減小

uI，直至－UT，再減小，

uO才從－UZ躍變?yōu)?UZ。二、電壓比較器3、滯回比較器（a）若要電壓傳輸特性曲線左右移動，則應如何修改電路？（b）若要電壓傳輸特性曲線上下移動，則應如何修改電路？（c）若要改變輸入電壓過閾值電壓時輸出電壓的躍變方向，則應如何修改電路？二、電壓比較器(3)如何改變滯回比較器的電壓傳輸特性3、滯回比較器（a）若要電壓傳輸特性曲線左右移動，則應如何修改電路？（b）若要電壓傳輸特性曲線上下移動，則應如何修改電路？二、電壓比較器3、滯回比較器（c）若要改變輸入電壓過閾值電壓時輸出電壓的躍變方向，則應如何修改電路？(3)如何改變滯回比較器的電壓傳輸特性二、電壓比較器4、窗口比較器當uI>URH時，uO1=－uO2=UOM，D1導通，D2截止；

uO=UZ。當uI<URH時，uO2=－uO1=UOM，D2導通，D1截止；

uO=UZ

。當URL<uI<URH時，

uO1=uO2=－UOM，D1、D2均截止；uO=0。二、電壓比較器5、練習已知各電壓比較器的電壓傳輸特性如圖所示，說出它們各為哪種電壓比較器；輸入電壓為5sinωt(V)，畫出各電路輸出電壓的波形。同相輸入單限比較器二、電壓比較器5、練習已知各電壓比較器的電壓傳輸特性如圖所示，說出它們各為哪種電壓比較器；輸入電壓為5sinωt(V)，畫出各電路輸出電壓的波形。反相輸入滯回比較器二、電壓比較器5、練習已知各電壓比較器的電壓傳輸特性如圖所示，說出它們各為哪種電壓比較器；輸入電壓為5sinωt(V)，畫出各電路輸出電壓的波形。窗口比較器三、非正弦波發(fā)生電路1、常見的非正弦波矩形波三角波鋸齒波尖頂波階梯波矩形波是基礎波形，可通過波形變換得到其它波形。三、非正弦波發(fā)生電路2、矩形波發(fā)生電路輸出無穩(wěn)態(tài)，有兩個暫態(tài)；若輸出為高電平時定義為第一暫態(tài)，則輸出為低電平為第二暫態(tài)。（1）基本組成部分（a）開關電路：輸出只有高電平和低電平兩種情況，稱為兩種狀態(tài)；因而采用電壓比較器。（b）反饋網絡：自控，在輸出為某一狀態(tài)時孕育翻轉成另一狀態(tài)的條件。應引入反饋。（c）延遲環(huán)節(jié)：使得兩個狀態(tài)均維持一定的時間，決定振蕩頻率。利用RC電路實現。三、非正弦波發(fā)生電路2、矩形波發(fā)生電路反向充電路徑：地→C→R→uO（－UZ）RC回路滯回比較器（2）電路組成正向充電路徑：uO（+UZ）→R→C→地三、非正弦波發(fā)生電路2、矩形波發(fā)生電路（3）分析方法方法1：設電路已振蕩，且在某一暫態(tài)，看是否能自動翻轉為另一暫態(tài)，并能再回到原暫態(tài)。方法2：電路合閘通電，分析電路是否有兩個暫態(tài)，而無穩(wěn)態(tài)。設合閘通電時電容上電壓為0，uO上升，則產生正反饋過程：uO↑→uN↑→uO↑↑，直至uO＝UZ，uP＝+UT，第一暫態(tài)。三、非正弦波發(fā)生電路2、矩形波發(fā)生電路（3）分析方法電容正向充電，t↑→uN↑，t→∞，uN→UZ；當uN＝+UT繼續(xù)增大時，uO翻轉，從+UZ跳變?yōu)?UZ，uP＝－UT，電路進入第二暫態(tài)。電容反向充電，t↑→uN↓，t→∞，uN→-UZ；當uN＝－UT繼續(xù)減小時，uO從-UZ跳變?yōu)?UZ，uP＝+UT，電路返回第一暫態(tài)。第一暫態(tài)：uO＝UZ，uP＝+UT。三、非正弦波發(fā)生電路2、矩形波發(fā)生電路（4）波形分析脈沖寬度根據三要素，即初始值、終了值、時間常數求出：三、非正弦波發(fā)生電路2、矩形波發(fā)生電路（5）占空比可調電路

正向充電和反向充電時間常數可調，占空比就可調。為了占空比調節(jié)范圍大，R3應如何取值？三、非正弦波發(fā)生電路3、三角波發(fā)生電路（1）電路組成：用積分運算電路可將方波變?yōu)槿遣?。兩個RC環(huán)節(jié)實際電路將兩個RC環(huán)節(jié)合二為一為什么采用同相輸入的滯回比較器？uO要取代uC，必須改變輸入端。三、非正弦波發(fā)生電路3、三角波發(fā)生電路（2）工作原理：滯回比較器積分運算電路求滯回比較器的電壓傳輸特性：三要素UOH

、UOL

，UT，uI過UT時曲線的躍變方向。三、非正弦波發(fā)生電路3、三角波發(fā)生電路（2）工作原理：滯回比較器積分運算電路三、非正弦波發(fā)生電路3、三角波發(fā)生電路（3）振蕩原理：合閘通電，通常C上電壓為0。設uO1↑→uP1↑→uO1↑↑，直至uO1

＝UZ（第一暫態(tài)）；積分電路反向積分，t↑→uO↓，一旦uO過－UOM，uO1從＋UZ躍變?yōu)?/p>