第八章 波形发生与信号转换

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第八章波形的发生和信号的转换

第八章波形的发生和信号的转换

RF
R
R1
RC1 R2
C +
+
C1

+
T1 C2
R
C
+ ube
RE1 R3
3.各种正弦波振荡电路的特点,根据要求选择合适 的振荡电路。
三、一般了解的内容
1.RC文氏桥正弦波振荡电路幅度稳定的措施; 2.石英晶体振荡电路的工作原理及特点; 3.非正弦波振荡电路的工作原理。
第8章 波形的发生和信号的转换
§8.1正弦波振荡电路
8.1.1概述
X i +
X d
– X f
0.1u uf
100k
-∞
A +
+
uo
10k 0.1u 39k
起振时Rt较大 使A>3,易起振。
当uo幅度自激 增长时, Rt减 小,A减小。
当uo幅度达某 一值时, A→3。
当uo进一步增 大时, RT再减 小 ,使A<3。
因此uo幅度自 动稳定于某一 幅值。
能自动稳幅的振荡电路
R
C
.
Rf1
Rf2 1
结束
(1-17) (8-17)
三、判断能否产生正弦波振荡:
1.观察电路是否包含了四个主要部分。
2.检查放大电路是否工作在放大状态。三极管放大电 路必须有合适的静态工作点;集成运放应有负反馈, 使其工作在线性区。
3.利用瞬时极性法判断选频或反馈网络是否引入了正 反馈,即满足相位平衡条件。
4.检查是否满足幅度平衡和起振条件,尤其是起振条 件。
一.重点掌握的内容:
1.产生正弦波振荡的相位平衡条件和幅度平 衡条件;
2.RC文氏桥振荡电路的特点、起振条件以及 振荡频率的估算;

第8章波形的发生与信号的转换

第8章波形的发生与信号的转换

在图8.1.7(a)为RC串并联选频网络和同相比例运 ( ) 在图 串并联选频网络和同相比例运 算电路所构成的RC桥式正弦波振荡电路 桥式正弦波振荡电路。 算电路所构成的 桥式正弦波振荡电路。 如图( )所示,集成运放的输出端和“ 如图(b)所示,集成运放的输出端和“地”接桥 路的两个顶点作为电路的输出; 路的两个顶点作为电路的输出;集成运放的同相输 入端和反相输入端接另外两个顶点, 入端和反相输入端接另外两个顶点,是集成运放的 净输入电压。 净输入电压。
uf 2
& + 4 − 3− A uf & + 4 + 3− A uf
(
)
(
& 3− A uf
)
2
(
)
趋近于3时 趋近于无穷大, 当Auf趋近于 时,Aup趋近于无穷大,表明电路即使没 有输入,也会有f 的输出电压, 有输入,也会有 0的输出电压,即电路产生了自激振 荡。 电路仅对频率为f 的信号放大, 电路仅对频率为 0的信号放大,对其它频率信号均迅 速衰减为零,所以输出电压为f=f 的正弦波。 速衰减为零,所以输出电压为 0的正弦波。 输出电压靠R 反馈的信号维持。 输出电压靠 3反馈的信号维持。 正弦波振荡电路的振荡频率是人为确定的, 正弦波振荡电路的振荡频率是人为确定的,与负反馈 放大电路不同。 放大电路不同。 综上,在正弦波振荡电路中, 综上,在正弦波振荡电路中, 输入信号, 一要反馈信号能够取代 输入信号,即电路必须引入 正反馈; 正反馈; 二要有外加的选频网络 用以确定振荡频率。 有外加的选频网络, 二要有外加的选频网络,用以确定振荡频率。
本章讨论的问题: 本章讨论的问题:
5.电压比较器与放大电路有什么区别?集成运放在电 电压比较器与放大电路有什么区别? 电压比较器与放大电路有什么区别 压比较器和运算放大电路中的工作状态一样吗? 压比较器和运算放大电路中的工作状态一样吗?

波形的发生与信号的转换

波形的发生与信号的转换

f0max
2
1 10103 0.01106
1.59kHz
模拟电子技术
例二:电路如图所示,稳压管DZ起稳幅作用,其稳定电 压±UZ=±6V。试估算: (1)输出电压不失真情况下的有效值;
(2)振荡频率。
解: (1) 由幅值条件, 得 Rf 2R1
UZ 2UR1
而 UO UZ UR1 1.5UZ
4)起振条件
A• F• 1 (略大于1)

F
1
3
A 1 Rf 3
R1
Rf 2R1
Rf 不能太大,否则 正弦波将变成方波
模拟电子技术
5)稳幅措施
为使电路 Au 为非线性,起振时,应使 Au > 3,稳幅后 Au = 3。
热敏电阻稳幅
负温度系数
正温度系数
T Rf Auf (1 Rf / R1 )
模拟电子技术
思考:电路如图所示。 (1)为使电路产生正弦波振荡,标出集成运放的“+”和“-”;并说
明电路是哪种正弦波振荡电路。 (2)若R1短路,则电路将产生什么现象? (3)若R1断路,则电路将产生什么现象? (4)若RF短路,则电路将产生什么现象? (5)若RF断路,则电路将产生 什么现象?
模拟电子技术
f
arcta33nωjj(当(ω/ ωFωR.10C1=3=ω1ωω/0030R/1时)ωC
)
0
90
ω0= 0ºω
2. RC 桥氏振荡电路 1) 组成:
F = 0º
2) 电路:
模拟电子技术
同相 放大器
A = 2n
Rf R1
U•
R
i
C
U• f
U• o
CR

第八章 波形发生与信号转换

第八章 波形发生与信号转换
8.1 正弦波振荡电路 根据正反馈放大器方框图, 可以得到:
Af

A
当 A F 1时, f A

1 AF

A f 意味着Xi 0,即Xd Xf
在此条件下,放大器无需输入即可得到输出。这是因为反馈量充当了 输入量,而输入量导致了输出量,输出量则产生了反馈量。从而电路 形成一种自馈。也称为“自激”。
8.1 正弦波振荡电路 8.1.3 RC振荡器 8.1.3.1 文氏电桥振荡器 反馈网络是一个由RC高通和RC低 通网络构成的RC带通网络,其频 率特性如下图所示:
8.1 正弦波振荡电路 8.1.3 RC振荡器 8.1.3.1 文氏电桥振荡器 在反馈网络的中心频率处
fo 1 2π RC
反馈网络的相移为零,即φF=0,而 放大器的相移φA=0,故在频率fo上 电路满足振荡的相位条件,而如果 在该频率上同时满足幅度条件则电 路可以在频率fo上产生振荡。
8.1 正弦波振荡电路 8.1.3 RC振荡器 8.1.3.2 RC移相振荡器
注意:反馈网络将反馈引到运算放大器的反相输入端
8.1 正弦波振荡电路 8.1.3 RC振荡器 8.1.3.2 RC移相振荡器 由于单节RC电路最大相移不能超过90°,所以采用三节 RC移相电路。 当每节RC移相网络相移达到60°时,则三节RC移相网 络累计相移就可以达到180°,而且此时移相网络的衰减不 会过大,大约每节衰减系数为0.5,三节RC移相网络的衰减 累计为0.125,故放大器在振荡频率处的增益只需大于8即 可。可以计算得到振荡频率 3
1 L Q R R C
ωoL
Ro (1 Q )R
2
1 fo 2π LC
8.1 正弦波振荡电路 8.1.4 LC振荡器 8.1.4.1 LC谐振电路 关于RC谐振电路的几个基本概念 电路谐振时,呈现纯阻特性。 此时电感中的电流与电容中的电 流大小相等,流向相反。它们的 电流之和为零。 电路的Q值越大,则谐振电阻Ro越大。 当电路工作频率低于谐振频率时,电路呈现感性;当电 路工作频率高于谐振频率时,电路呈现容性。

波形的发生和信号的转换

波形的发生和信号的转换
电压比较器是对两个模拟输入电压进行比较,并将比较成果 输出旳电路。一般两个输入电压一种为参照电压uR,另一种为外 加输入电压ui。比较器旳输出有两种可能状态:高电平或低电平, 所以集成运放经常工作在非线性区。因为输出只有高下两种状态, 是数字量,所以比较器往往是模拟电路与数字电路旳接口电路。
第8章 信号的发生和信号的转换
C' C1C2 C1 C2
第8章 信号的发生和信号的转换
Rb2 Cb
Rb1
+UCC Rc

Re
Ce
C1 L
U f
C2
C

图8.1.10 电容三点式改善型正弦波振荡电路
第8章 信号的发生和信号的转换
1 C'
1 C
1 C1
1 C2
在选用电容参数时, 可使C1>>C, C2>>C, 所以
C' C
第8章 信号的发生和信号的转换
当信号频率足够低时,
1
C1
1
R1, C2
R2,
可得到近
似旳低频等效电路, 如图8.1.2(b)所示。它是一种超前网络。
输出电压 相U•位2 超前输入电压
。U• i
当信号频率足够高时,
1
C1
R1,
1
C2
R2
, 其近似旳
高频等效电路如图8.1.2 (c)所示。它是一种滞后网络。 输
第8章 信号的发生和信号的转换
第8章 信号旳发生 和信号旳转换
8.1 正弦波振荡电路 8.2 电压比较器 8.3 非正弦波发生器 8.4 利用集成运放实现旳信号准换电路
第8章 信号的发生和信号的转换
8.1 正弦波振荡电路

波形的发生和信号的转换.

波形的发生和信号的转换.

9.1K
- D2 A R 10K

o U
R2 R3 // rD | Au | 1 R1 使uo幅值趋于稳定。
1 2RC
1 2 10 10 0.015 10
3 6
p U
R
C
(2) f o

C 0.015μF
1061 Hz
1 uN uP uOM 3
电源接通瞬间,产生冲击干扰、电磁波干扰、人体干扰等; 非正弦量的起始信号含一系列频率不同的正弦分量,一个正 弦波振荡电路只在一个频率下满足相位平衡,故振荡电路必 F 环路 具有选频性,该振荡频率由相位平衡条件决定。即 A 中有选频特性网络。 或 F 选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成,存在于 A
AV FV 1 稳幅
4. RC移相式振荡电路
(1) 一级RC移相网络
V 1 o 1 Vi 1- j RC
1 arctg RC
(2) 二级RC移相网络
=0,=900; ,=00
一级 RC网络可产 生 0~90° 的 相 移 , 二 级 RC 网 络 可 产 生 0~180°的相移,三级 RC 网 络 可 产 生 0~270°的相移。依此 类推。
(3) 三级RC移相网络
RC移相式振荡电路
R1
RF _ C C C
+
+
uo
R R R
RC移相电路 应有F =180°
反相比例电路 A =180°
采用二极管稳幅方法 [例] 图示电路中,A为理想运放,其最大输出电压为±14V。(1) 图中D1 、D2作为稳幅元件,试分析其稳幅原理;(2)设电路已
在一个正弦波振荡电路中只有在一个频率(fo)下满足相位平衡条件。

波形发生和信号转换

波形发生和信号转换
.
8.1.2 RC正弦波振荡电路 一、 RC桥式正弦波振荡电路 1、 RC串并联网络的选频特性
低频段
容抗大于电阻,Uf超前 Uo,趋于+90o,且 │Uf│趋于零。
高频段
容抗小于电阻,Uf落后 Uo,趋于-90o,且 │Uf│趋. 于零。
取f0 =1/(2RC)
.
uf
.
uo
3
1 j( f
f0
f0 ) f
输入端加瞬时信号。 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
.
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。
uO 9V UT 3V
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。
uIU R:L
uO 1 U OMuO 2 U OMuOH U Z
U RL uIU RH : uO 1 U OMuO 2 U OMuO L0
R
R1
C +
+
-A +
+
R
C uf ui
u0
取Rf为负温度系数热敏电阻 .
反馈网络 选频网络
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)RW的下限值; (2)振荡频率的调节范围。
(1)根据起振条件 R fR W ' > 2R , R W ' > 2k
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图8.1.15
f021 L '1C;L '1L 1R i2 2M 2 2L 2 2L 2
2020/4/9
三、电感反馈式正弦波振荡电路
图8.1.17
图8.1.18
f0
2
1
L1L22MC
2020/4/9
四、电容反馈式正弦波振荡电路
图8.1.20
图8.1.21
图8.1.22
2020/4/9
f0
f0
1
2RRwC
8.1.3 LC正弦波振荡电路 一、 LC谐振回路的频率特性
图8.1.10
谐振频率
f0
2
1 LC
2020/4/9
Q 1 L RC
Z0 QX L QX C
图8.1.11
选频放大器
选频放大器 引入正反馈
图8.1.12
2020/4/9
图8.1.13
二、变压器反馈式振荡电路
图8.1.14
图8.3.4
T/2
U
T
U
Z
U
T
1
e
R 3C
U
T
T
2R
3C
ln 1
2R1 R2
f 1 T
三、占空比可调的矩形波发生电路
图8.3.5
1 RW1 R3C;2 RW2 R3C
T1
1
ln1
2R1 R2
;T2
2
ln1
2R1 R2
2020/4/9
T T1 T2
RW 2R3
Cln1
2R1 R2
图 8.3.2
2020/4/9
图8.3.3
滞回电压比较器相当 于电子开关,它的开、 关状态对应为输出电压 +UZ和-UZ。RC回路作为 延迟环节,又作为反馈 网络。通过RC回路的充、 放电,实现电子开关的 状态转换。
uO UZ;Βιβλιοθήκη TR1 R1 R2UZ
二、波形分析及主要参数
2020/4/9
2020/4/9
图8.3.8
图8.3.9
三、振荡频率 正向积分的起
始值为-UT,终了 值为+UT,积分时 间为T/2,则
2020/4/9
UT
1 R 3C
UZ
T 2
UT
UT
R1 R2
UZ
T 4R 1R 2C ;f R 2
R2
4R 1R 3C
8.3.3 锯齿波发生电路
设电位器滑动端 移到最上端,当uO1= +UZ时,uO随时间线 性下降,输出电压
2
1 LC
图8.1.23
8.1.4 石英晶体正弦波振荡电路
图8.1.27
图8.1.28
C0: 静态电容,一般为几到几十皮法; L: 等效机械振动惯性,一般为几毫亨到几十亨; C: 晶体的弹性等效,一般为0.01到0.1皮法; R: 晶体的摩擦损耗等效,一般为100欧姆。
2020/4/9
当L、C、R支路串联谐振时,该支路呈纯
uNR1R 1R2uIR1R 2R2UREF
令uN=uP=0,则求出阈值电压
2020/4/9
UT
R2 R1
UREF
8.2.3 滞回比较器
2020/4/9
uP
R1 R1 R2
UZ
UT
R1 R1 R2
UZ
图8.2.9
图8.2.10是加了参考电压的滞回比较器。 这时,两个阈值电压不再对称。
图8.2.10
R2
占空比
T1
R3
T
2R 3 R W
2020/4/9
8.3.4 波形变换电路 一、三角波变锯齿波电路
当三角波上升时, 锯齿波与之相等
uO:uI 1: 1
图8.3.11
当三角波下降时, 锯齿波与之相反
uO:uI 1: 1
2020/4/9
若开关断开,则
uN
uP
R3
R5 R4
R5
uI
uI 2
uI uN uN uN uO
uO
1 R3C
UZ
t1
t0
uO
t0
2020/4/9
这时,积分电路反向积分,uO随时间增长而 线性下降。据图8.3.8所示电压传输特性,一旦uO= -UT,再稍减小,uO1将从+UZ跃变为-UZ。则
uOR 1 3CU Zt2t1uOt1
这时,积分电路正向积分,uO随时间增长而 线性增大。据图8.3.8所示电压传输特性,一旦uO= +UT,再稍增大,uO1将从-UZ跃变为+UZ。回到 初态,积分电路又开始反向积分。电路重复上述过 程,产生自激振荡。波形如图8.3.9所示。
R1
R2
Rf
uO uI
若开关闭合,则 uO=-uI
2020/4/9
图8.3.12
二、三角波变正弦波电路 1、滤波法
图8.3.14
u I t 8 2U m s it n 9 1 s3 i t n 2 1 s5 5 i t n
设计低通滤波器,其通带截止频率大于三 角波的基波频率而小于三角波的三次谐波频率。
图8.3.7
2020/4/9
u O 1 U Z u P 1R 1R 2 R 2u O R 1R 1 R 2u O 1R 1R 2 R 2u O R 1R 1 R 2U Z
令uP1=uN1,则阈值电压
UT
R1 R2
UZ
输出电压表达式为
uOR 13CuO 1t1t0uOt0
若初态时uO1正好跃变为+UZ,则
8.3.2 三角波发生电路 一、电路的组成
将方波电压作为 积分运算电路的输入, 在积分运算电路的输 出就得到三角波电压。
2020/4/9
图8.3.6
二、实用三角波发生电路工作原理
在实用电路中,常以积分运算电路来代替RC充、 放电回路,如图8.3.7所示,用同相滞回比较器加 反相积分电路。对 于这个实用电路, 应首先分析各自的 输入、输出函数关 系,再分析两电路 之间的联系,在此 基础上得出电路的 功能。
8.2.5 集成电压比较器 一、集成电压比较器的特点和分类
1、特点 响应速度快,传输延迟时间短,一般不需要外
加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和ECL等数 字电路;有些芯片带负载能力强,可直接驱动继电 器和指示灯。 2、分类
单、双和四电压比较器; 通用、高速、低功耗、低电压和高精度型电压 比较器; 普通输出、集电极(漏极)开路输出或互补输 出型。 此外,还有的集成电压比较器带有选通端。
uPR 1R 2R 2U RE F R 1R 1R 2U Z
2020/4/9
令uN=uP,求出的uI就是阈值电压,为
UT1
R2 R1 R2
UREF
R1 R1 R2
UZ
UT2
R2 R1 R2
UREFR1R1R2
UZ
例8.2.2 在图6.2.9电路 中, R1=50KΩ, R2=100KΩ, ±UZ=±9V, 已知uI波形,试画出 uO的波形。
第八章 波形发生和信号转换
8.1 正弦波振荡电路
8.1.1 概述
一、产生正弦波振荡的条件
2020/4/9
图8.1.2
Xo AFXo AF 1 即
AF1
A F 2nn为整数
二、正弦波振荡电路的组成及分类
1、组成 (1)放大电路 (2)选频网络 (3)正反馈网络 (4)稳幅环节 2、分类 (1)RC正弦波振荡电路(f0<1MHz) (2)LC正弦波振荡电路(f0>1MHz) (3)石英晶体正弦波振荡电路(f0很稳定)
2020/4/9
二、集成电压比较器的基本接法 1、通用型集成电压比较器AD790
2020/4/9
图8.2.14
2、集电极开路集成电压比较器LM119
图8.2.15
2020/4/9
图8.2.16
8.3 非正弦波发生电路
8.3.1 矩形波发生电路 一、电路组成和工作原理
2020/4/9
图8.3.1
uOR13CUZt1t0uOt0
图8.3.10
当uO1=-Uz时, uO随时间线性上升, 输出电压
uOR 31 R W C U Zt2t1uO t1
2020/4/9
下降时间
T1
t1
t0
2
R1 R2
R
3C
上升时间
T 2
t2
t1
2
R1 R2
R3 RW
C
T 2 R 1 2 R 3 R W C
有两个阈值电压。输入电压从小到大或从大到小 经过两个阈值时,输出电压产生两次不同方向的跃 变。如图8.2.2(c)所示。电压传输特性上好象开了个 窗口。
2020/4/9
8.2.2 单限比较器 一、过零比较器
图8.2.3
2020/4/9
图8.2.5
图8.2.4 图8.2.6
二、一般单限比较器
图8.2.7
,φF=0o。
2020/4/9
二、桥式正弦波振荡电路
f=f0时,F
1 3
,所以
AAu 3
在图8.1.7中
Au
Uo Up
1 Rf R
3
Rf 2R1
采用非线性环节, 例如热敏电阻以稳定 输出电压。
2020/4/9
图8.1.6 图8.1.7
三、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路
图8.1.9
2020/4/9
由于C<<C0,所以fp≈fs。
2020/4/9
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
电路如图8.1.29所示,石英晶体等效为电感,和C1、 C2组成电容反馈式正弦波振荡电路。振荡频率为fp。 2、串联型石英晶体正弦波振荡电路
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