第7章信号产生电路
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精品课件-电子线路基础(第二版)(闵锐)-第7章
解 本电路稳压管跨接于输出端与反相输入端之间，假设 稳压管均截止，则运放工作在开环状态，输出不是高电平，就是 低电平，这样势必导致一定有一稳压管击穿而工作在稳压状态， 从而构成负反馈支路。反相输入端“虚地”，限流电阻R上的电流 iR等于稳压管电流iZ，输出电压为±UZ，该电路的优点为输入电压、 电流均较小，易于保护输入级。 另外，由于运放工作在线性区， 因而在输入电压过零时，运放内部晶体管无须从饱和区逐渐变到 截止区，或从截止区逐渐变到饱和区。
第7章 信号产生与转换电路 第7章 信号产生与转换电路
7.1 电压比较器 7.2 非正弦波发生器 7.3 正弦波发生器 7.4 精密整流电路
第7章 信号产生与转换电路
7.1 电 压 比 较 器
电压比较器是对两个模拟输入电压进行比较，并将比较结 果输出的电路。通常两个输入电压一个为参考电压uR，另一个为外 加输入电压ui。比较器的输出有两种可能状态：高电平或低电平， 因此集成运放常常工作在非线性区。由于输出只有高低两种状态， 是数字量，因此比较器往往是模拟电路与数字电路的接口电路。
输出电压uo波形。
解 比较器中运放为开环结构，工作在非线性区，输 出电压uo为稳压管的正负高低电平值±5 V。
为UOL=-5（V1，）解当得u-当>uu+i，>-即R21 RV1R时2 ，ui 输R出1 R为2RU2 UOL=RE-F5
0
V。
时，输出
UOH=5
V（，2解）得当当u-u<iu<+-时2 ，V时即R，1 R1输R2出ui为 URO1HR=25R2
第7章 信号产生与转换电路 图7-11 例7-3 电压传输特性和电路图
第7章 信号产生与转换电路
由
u
第7章 信号产生与转换电路 第7章 信号产生与转换电路
7.1 电压比较器 7.2 非正弦波发生器 7.3 正弦波发生器 7.4 精密整流电路
第7章 信号产生与转换电路
7.1 电 压 比 较 器
电压比较器是对两个模拟输入电压进行比较，并将比较结 果输出的电路。通常两个输入电压一个为参考电压uR，另一个为外 加输入电压ui。比较器的输出有两种可能状态：高电平或低电平， 因此集成运放常常工作在非线性区。由于输出只有高低两种状态， 是数字量，因此比较器往往是模拟电路与数字电路的接口电路。
输出电压uo波形。
解 比较器中运放为开环结构，工作在非线性区，输 出电压uo为稳压管的正负高低电平值±5 V。
为UOL=-5（V1，）解当得u-当>uu+i，>-即R21 RV1R时2 ，ui 输R出1 R为2RU2 UOL=RE-F5
0
V。
时，输出
UOH=5
V（，2解）得当当u-u<iu<+-时2 ，V时即R，1 R1输R2出ui为 URO1HR=25R2
第7章 信号产生与转换电路 图7-11 例7-3 电压传输特性和电路图
第7章 信号产生与转换电路
由
u
第7章信号调制解调电路
为了正确进行信号调制必须要求ωc>>Ω，通常至
少要求ωc>10Ω。这样，解调时滤波器能较好地将调
制信号与载波信号分开，检出调制信号。若被测信号 的变化频率为0~100Hz，则载波信号的频率ωc>1000 Hz。调幅信号放大器的通频带应为900~1100 Hz。
测控电路
2020/7/19 13
3. 信号调制解调电路
(1) 什么是调幅？写出调幅信号的数学表达式，画 出其波形。 调幅就是用调制信号x去控制高频载波信号的幅值。 常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制 信号x的线性函数变化。 调幅信号的一般表达式可写为：
Us=(Um+mx)cosωct
测控电路
2020/7/19 10
3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路
2020/7/19 8
3. 信号调制解调电路
调制解调的功用与类型
(6) 在测控系统中常用的调制方法有哪几种？
在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信 号。一个正弦信号Asin(ωt+φ)有幅值、频率、相位 三个参数，可以对这三个参数进行调制，分别称为 调幅(Amplitude modulation)、调频(Frequency modulation)和调相(Phase modulation) 。
测控电路
2020/7/19 4
3. 信号调制解调电路
调制解调的功用与类型
理论基础：傅里叶变换的频移特性（调制定理）
若 f (t) F ( j) 则 f (t) ej0t F[ j( 0 )]
F[ f (t) cos0t] 1 F[ f (t)e j0t ] 1 F[ f (t)e-j0t ]
测控电路
2020/7/19 3
少要求ωc>10Ω。这样，解调时滤波器能较好地将调
制信号与载波信号分开，检出调制信号。若被测信号 的变化频率为0~100Hz，则载波信号的频率ωc>1000 Hz。调幅信号放大器的通频带应为900~1100 Hz。
测控电路
2020/7/19 13
3. 信号调制解调电路
(1) 什么是调幅？写出调幅信号的数学表达式，画 出其波形。 调幅就是用调制信号x去控制高频载波信号的幅值。 常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制 信号x的线性函数变化。 调幅信号的一般表达式可写为：
Us=(Um+mx)cosωct
测控电路
2020/7/19 10
3. 信号调制解调电路
3.1 调幅式测量电路
2020/7/19 8
3. 信号调制解调电路
调制解调的功用与类型
(6) 在测控系统中常用的调制方法有哪几种？
在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信 号。一个正弦信号Asin(ωt+φ)有幅值、频率、相位 三个参数，可以对这三个参数进行调制，分别称为 调幅(Amplitude modulation)、调频(Frequency modulation)和调相(Phase modulation) 。
测控电路
2020/7/19 4
3. 信号调制解调电路
调制解调的功用与类型
理论基础：傅里叶变换的频移特性（调制定理）
若 f (t) F ( j) 则 f (t) ej0t F[ j( 0 )]
F[ f (t) cos0t] 1 F[ f (t)e j0t ] 1 F[ f (t)e-j0t ]
测控电路
2020/7/19 3
51单片机第七章信号输入输出
A/D转换器的任务就是在满足奈奎斯特采样定理的条 件下，将模拟信号转换为数字信号。
对于开关量，可以很容易的映射成数字的0或者1，即 TTL的低电平和高电平，映射后的这些数字信号就可以 直接输入到单片机内部。
输出：
处理的结果需要输出，对于开关量的输出，可以简单 地经过映射部件，将单片机的TTL电平输出信号转换成 所需要的开关量进行输出。
7.2.2传感器特性
选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳 定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。
除了以上选用传感器时应充分考虑的一些因素外，还应 尽可能兼顾结构简单、体积小。重量轻、价格便宜、易于维 修、易于更换等条件。
1、灵敏度
一般说来，传感器灵敏度越高越好，因为灵敏度越高， 就意味着传感器所能感知的变化量小，即只要被测量有一微 小变化，传感器就有较大的输出。但是，在确定灵敏度时， 要考虑以下几个问题：
当被测量是一个向量时，并且是一个单向量时， 就要求传感器单向灵敏度愈高愈好；如果被测量是 二维或三维的向量，那么还应要求传感器的交叉灵 敏度愈小愈好。
2、响应特性
传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但我们总希 望器)响应时间短，工作频率宽;
7.1 单片机应用系统的结构
图7.1单片机应用系统的基本结构
单片机应用系统的核心任务：
根据一定的输入（前向通道），结合一定的处理算 法，然后作出一定的输出响应（后向通道）。 输入：
包括模拟输入和数字输入，电量信号输入和非电量 信号输入。对于非电量输入需要通过传感器将非电物 理量转换为模拟电信号。 预处理：一般包括放大器和滤波器两部分：
主要应用
压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。
压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结 构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压 电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振 动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇 航领域中更有它的特殊地位。
对于开关量，可以很容易的映射成数字的0或者1，即 TTL的低电平和高电平，映射后的这些数字信号就可以 直接输入到单片机内部。
输出：
处理的结果需要输出，对于开关量的输出，可以简单 地经过映射部件，将单片机的TTL电平输出信号转换成 所需要的开关量进行输出。
7.2.2传感器特性
选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳 定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。
除了以上选用传感器时应充分考虑的一些因素外，还应 尽可能兼顾结构简单、体积小。重量轻、价格便宜、易于维 修、易于更换等条件。
1、灵敏度
一般说来，传感器灵敏度越高越好，因为灵敏度越高， 就意味着传感器所能感知的变化量小，即只要被测量有一微 小变化，传感器就有较大的输出。但是，在确定灵敏度时， 要考虑以下几个问题：
当被测量是一个向量时，并且是一个单向量时， 就要求传感器单向灵敏度愈高愈好；如果被测量是 二维或三维的向量，那么还应要求传感器的交叉灵 敏度愈小愈好。
2、响应特性
传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但我们总希 望器)响应时间短，工作频率宽;
7.1 单片机应用系统的结构
图7.1单片机应用系统的基本结构
单片机应用系统的核心任务：
根据一定的输入（前向通道），结合一定的处理算 法，然后作出一定的输出响应（后向通道）。 输入：
包括模拟输入和数字输入，电量信号输入和非电量 信号输入。对于非电量输入需要通过传感器将非电物 理量转换为模拟电信号。 预处理：一般包括放大器和滤波器两部分：
主要应用
压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。
压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结 构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压 电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振 动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇 航领域中更有它的特殊地位。
第7章 信号处理电路 习题解答
综上所述，仪表放大器的特点是：具备足够大的放大倍数、高的输入电阻和高共模抑制比。
7.3简述电荷放大器有什么特点，应用于何种场合。
解：电荷放大器应用于压电式加速度传感器、压力传感器等的后端放大。
上述两种传感器属于电容性传感器，这类传感器的阻抗非常高，呈容性，输出电压很微弱；他们工作时，将产生正比于被测物理量的电荷量，积分运算电路可以将电荷量转换成电压量，电路如下图所示。
解：1）LBF；2）BPF；3）HPF；4）BEF。
二、判断下列说法是否正确，用 “√”（正）和“ ”（误）填入括号内。
1）高通滤波器的通频带是指电压的放大倍数不变的频率范围。（）
2）低通滤波器的截止频率就是电压放大倍数下降1/2的频率点。（）
3）带通滤波器的频带宽度是指电压放大倍数大于或等于通带内放大倍数0.707的频率范围。（）
其中 ；
该滤波器为二阶低通滤波电路，幅频特性如下图：
7.7试说明图P7－8所示各电路属于哪种类型的滤波电路，是几阶滤波电路。
（1）
（2）
图P7-7
解：
图（1）所示电路二阶带通滤波器或者二阶带阻滤波器。
前一个运放为高通滤波器（截止频率f1），后一个运放为低通滤波器（截止频率f2），如果 ，则f1<f2，该滤波器为二阶带通滤波器；如果 ，则f1>f2，该滤波器为二阶带阻滤波器。
电容性传感器可等效为因存储电荷而产生的电动势Ut与一个输出电容Ct串联，如图中虚线框内所示。根据集成运放的特点，可得到输出电压为： 。
7.4简述隔离放大器有什么特点，应用于何种场合。
解：隔离放大器通常应用于远距离信号传输。
在远距离信号传输的过程中，常因强干扰的引入使放大电路的输出有很强的干扰背景，甚至将有用信号淹没，造成系统无法正常工作。隔离放大器将电路的输入侧和输出侧在电气上完全隔离，它既可切断输入侧和输出侧电路间的直接联系，避免干扰混入输出信号，又可使有用信号畅通无阻。目前集成隔离放大器有变压器耦合式、光电耦合式和电容耦合式三种。
7.3简述电荷放大器有什么特点，应用于何种场合。
解：电荷放大器应用于压电式加速度传感器、压力传感器等的后端放大。
上述两种传感器属于电容性传感器，这类传感器的阻抗非常高，呈容性，输出电压很微弱；他们工作时，将产生正比于被测物理量的电荷量，积分运算电路可以将电荷量转换成电压量，电路如下图所示。
解：1）LBF；2）BPF；3）HPF；4）BEF。
二、判断下列说法是否正确，用 “√”（正）和“ ”（误）填入括号内。
1）高通滤波器的通频带是指电压的放大倍数不变的频率范围。（）
2）低通滤波器的截止频率就是电压放大倍数下降1/2的频率点。（）
3）带通滤波器的频带宽度是指电压放大倍数大于或等于通带内放大倍数0.707的频率范围。（）
其中 ；
该滤波器为二阶低通滤波电路，幅频特性如下图：
7.7试说明图P7－8所示各电路属于哪种类型的滤波电路，是几阶滤波电路。
（1）
（2）
图P7-7
解：
图（1）所示电路二阶带通滤波器或者二阶带阻滤波器。
前一个运放为高通滤波器（截止频率f1），后一个运放为低通滤波器（截止频率f2），如果 ，则f1<f2，该滤波器为二阶带通滤波器；如果 ，则f1>f2，该滤波器为二阶带阻滤波器。
电容性传感器可等效为因存储电荷而产生的电动势Ut与一个输出电容Ct串联，如图中虚线框内所示。根据集成运放的特点，可得到输出电压为： 。
7.4简述隔离放大器有什么特点，应用于何种场合。
解：隔离放大器通常应用于远距离信号传输。
在远距离信号传输的过程中，常因强干扰的引入使放大电路的输出有很强的干扰背景，甚至将有用信号淹没，造成系统无法正常工作。隔离放大器将电路的输入侧和输出侧在电气上完全隔离，它既可切断输入侧和输出侧电路间的直接联系，避免干扰混入输出信号，又可使有用信号畅通无阻。目前集成隔离放大器有变压器耦合式、光电耦合式和电容耦合式三种。
第7章正弦信号发生器
••
AF 1
vo不再增大，自激振荡建立
自激振荡建立过程可用 下面的特性曲线来说明
vo
vi A vo
vo
vf F
F（反馈特性）
vvoo43
vo2 vo1
vi1’ vf1 vf2 vf3 vf4 vi2’ vi3’ vi4’ vi5’
A（放大特性）
vi’（vf）
若F不同时 F太小 F合适
F太大
返回
正弦振荡器——自激振荡产生单一频率的 正弦信号的电路。
2、自激振荡的平衡条件
• 设想：
vi vi
v’i A
vo
vo
vf F
要保证vo不变，则必有：
vf = vi 又：vf = F vO vi = vO /A
11-1振荡条件动画
vf = vi 即
返回
••
AF 1 ——自激振荡的平衡条件
2020/6/20
1
2RC
•
f=f0时，
•
F
•
F
1
max 3
0 • f=f0时， • 即：vf和vo同相
F
2020/6/20
返回
7.2.2 RC文氏桥振荡电路
1 对放大器的要求 2 分立元件RC文氏桥振荡电路 3 集成运放组成的RC文氏桥振荡电路
2020/6/20
返回
1 对放大器的要求
由起振条件知：
幅值条件：A•
7.1.2 自激振荡的建立过程及其起振条件
在电源接通的一瞬间，有很小的电扰
动信号（电冲击信号），由于这种电扰 vi A vo 动的不规则性，它包含着频率范围很宽
vo
的各次谐波。
vf F
若vf>vi’，则vo会越来越大。由于三极管的非线性
信号产生电路
C 0.01μF
R
10kΩ
10kΩ
Au
随之下降至 Au 3 ， Uo
（2）由选频网络可求得振荡频率为
1 1 f0 Hz 1.59kHz 3 6 2 RC 2 10 10 0.0110
（3）R2影响输出电压的波形和幅度。为了保证起振，须满足
R2﹥2R1- R3,若R2过小，电路会停振；R2略大于2R1- R3，起 振后的输出振荡幅度较小，但输出波形比较好；若R2增大， 输出电压幅度跟着增大，失真也增大，当 R2﹥2R1时，将 ，
相频特性为：
0 f arctan 0 3
由此可作出 Fu 的幅频特性和相频特性的曲线图分别为
+90°
00
幅频特性为：
-90°
1 F 由图可见，当 时， u 3 ，即 0
1 U 2 U1 3
，f 0，
从图中可以看出，RC串联支路， RC并联支路，R1支路，RF支路，刚好 构成一个文氏电桥的四个臂，运算放 大器的输入端和输出端分别跨接在电 桥的对角线上，故把这种振荡电路称 为RC桥式振荡电路，也称之为文氏桥 式振荡电路，如图（b）所示。
热敏电阻
＋ U id －
（b）文氏电桥
.
＋
U od
.
（a）RC桥式正弦波振荡电路
2.振荡的平衡条件和起振条件 1）振荡的平衡条件
由以上的分析可知，振荡的平衡条件包括振幅平衡条件 和相位平衡条件： （1）振幅平衡条件（幅度平衡条件）
Au Fu 1
即在振荡闭环正反馈环中，环路总的传输系数应该等于1，使反馈 电压与输入电压大小相等。
（2）相位平衡条件
a f 2n (n 0,1, 2, )
7章-信号的运算和处理题解(第四版模电答案)
7章-信号的运算和处理题解(第四版模电答案)第七章信号的运算和处理自测题一、现有电路：A. 反相比例运算电路B. 同相比例运算电路C. 积分运算电路D. 微分运算电路E. 加法运算电路F. 乘方运算电路选择一个合适的答案填入空内。
（1）欲将正弦波电压移相＋90O，应选用。
（2）欲将正弦波电压转换成二倍频电压，应选用。
（3）欲将正弦波电压叠加上一个直流量，应选用。
（4）欲实现A u＝－100的放大电路，应选用。
（5）欲将方波电压转换成三角波电压，应选用。
（6）欲将方波电压转换成尖顶波波电压，应选用。
解：（1）C （2）F （3）E （4）A （5）C （6）D二、填空：（1）为了避免50Hz电网电压的干扰进入放大器，应选用滤波电路。
（2）已知输入信号的频率为10kHz～12kHz，为了防止干扰信号的混入，应选用滤波电路。
（3）为了获得输入电压中的低频信号，应选用滤波电路。
（4）为了使滤波电路的输出电阻足够小，保证负载电阻变化时滤波特性不变，应选用滤波电路。
解：（1）带阻（2）带通（3）低通（4）有源三、已知图T7.3所示各电路中的集成运放均为理想运放，模拟乘法器的乘积系数k 大于零。
试分别求解各电路的运算关系。
图T7.3解：图（a ）所示电路为求和运算电路，图（b ）所示电路为开方运算电路。
它们的运算表达式分别为I3142O 2O43'O 43I 12O2O1O I343421f 2I21I1f O1 )b (d 1)1()( )a (u R kR R R u ku R R u R R u R R u t u RCu u R R R R R R R u R u R u ⋅=⋅-=-=-=-=⋅+⋅+++-=⎰∥习题本章习题中的集成运放均为理想运放。
7.1 填空：（1）运算电路可实现A u＞1的放大器。
（2）运算电路可实现A u＜0的放大器。
（3）运算电路可将三角波电压转换成方波电压。
（4）运算电路可实现函数Y＝aX1＋bX2＋cX3，a、b和c均大于零。
《电路分析基础 》课件第7章
.
H3
(
j
)
U 2 Is
(7.1-4)
若以I2为响应相量，则N
H4 ( j)
I2 Is
(7.1-5)
7.1.2
纯阻网络的网络函数是与频率无关的，这类网络的频率特 性是不需要研究的。研究含有动态元件的网络频率特性才是有 意义的。
一般情况下，含动态元件电路的网络函数H(jω)是频率的
复函数，将它写为指数表示形式，有
图 7.2-3 例7.2-1使用电路
例 7.2-1 如图7.2-3所示由电阻、电容构成的一阶低通网
络，其输出端接负载电阻RL。试分析其频率特性(绘出幅频特 性、相频特性)， 并求出截止角频率。
解 以U.1作输入相量，U. 2作输出相量，则网络函数为
H ( j)
UU12
RL
1
jC
RL
1
jC
R
RL
H ( j)def | H ( j) | 1 1 j c
(7.2-17)
式中，|H(j∞)|=|H(jω)|ω=∞, 它是与网络的结构和元件参数
有关的常数。
图 7.2-8 某晶体管放大器的等效电路
例 7.2-3 图7.2-8为某晶体管放大器的低频等效电路。 图中，
. Ui
为放大器的输入信号
如果用分贝为单位表示网络的幅频特性，
| H(j) | def 20lg | H(j) | dB
(7.2-6)
也就是说，对|H(jω)|取以10为底的对数并乘以20，就得到 了网络函数幅值的分贝数。 当ω=ωc时，
20lg | H(jc ) | 20lg0.707 3dB
所以又称ωc为3分贝角频率。在这一角频率上，输出电压与它
7.1正弦波信号产生电路
模拟电子技术第七讲(1)
+
+
R1
vo
+
+
-
C2
vf -
+
+
其频率特性为：
当ω=∞时， vf=0，│F│=0
ϕ F→-90°
当ω↓时， vf=↑，│F│↑
ϕF↓
模拟电子技术第七讲(1)
由以上分析知：可能有一个频率ω0存在，
当ω=ω0时，│F│最大，且 ϕF=0°
ω0=？ │F│max=？
|F|
|F| 频率很低
Rf
Δ
_∞
vo
+
+
R1
C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。
2.3 RC桥式振荡器的稳幅 一、采用热敏电阻
模拟电子技术第七讲(1)
2.3 RC桥式振荡器的稳幅
模拟电子技术第七讲(1)
二、利用二极管的非线性实现自动稳幅
RC串并联网络： 正反馈、选频网络
R
集成运放A： 放大网络
C
+∞
A+
vo
-
模拟电子技术第七讲(1) 应用电路之一
—正弦波振荡电路
内容纲要
11 正正弦弦波波振振荡荡电电路路的的基基本本原原理理 22 RRCC正正弦弦波波振振荡荡电电路路
1 正弦波振荡电路的基本原理
模拟电子技术第七讲(1)
¾ 正弦波振荡电路能产生正弦波输出，它是在放大
电路的基础上加上正反馈而形成的。
¾ 它是各类波形发生器和信号源的核心电路。
只有正反馈电路才能产生自激振荡。
+ Xi +
X d 基本放大器 A
+
电路第7章一阶二阶电路
电路第7章一阶二阶电 路
目录
• 一阶电路 • 二阶电路 • 一阶二阶电路的应用 • 一阶二阶电路的实验
01
一阶电路
一阶电路的定义
总结词
一阶电路是指包含一个动态元件的电 路。
详细描述
一阶电路通常由一个电感或电容等动 态元件与电阻、电压源或电流源等其 他元件组成。这种电路中只有一个动 态元件，因此被称为一阶电路。
详细描述
在时域分析中，我们通过建立和求解一阶微分方程来分析一阶电路的行为。频域分析则是将电路转换 为频域，通过分析频率响应来了解电路的性能。这两种方法各有优缺点，适用于不同类型的问题和场 景。
02
二阶电路
二阶电路的定义
总结词
二阶电路是指包含两个动态元件的线性电路。
详细描述
在电路理论中，二阶电路是由两个动态元件组成的线性电路。动态元件是指其电压或电流随时间变化的元件，如 电感器和电容器。线性是指电路中的元件关系满足线性关系，即输出与输入成正比。
二阶电路的特性
总结词
二阶电路具有振荡和过阻尼两种特性。
详细描述
二阶电路的特性主要取决于其阻尼比。当阻 尼比大于1时，电路呈现过阻尼特性，系统 将逐渐稳定；当阻尼比小于1时，电路呈现 振荡特性，系统将产生周期性振荡。此外， 二阶电路还具有能量存储和转换的特性，能
够实现电能与其他形式能量的转换。
二阶电路的分析方法
频谱分析
一阶二阶电路可以用于频谱分析， 将信号分解成不同频率的成分， 以便进一步处理。
调制解调
一阶二阶电路可以用于调制解调， 将信号从一种形式转换为另一种 形式，以便传输或处理。
04
一阶二阶电路的实验
一阶电路的实验
实验目的
通过实验了解一阶电路的响应特性，掌握一阶电路的时 域分析方法。
目录
• 一阶电路 • 二阶电路 • 一阶二阶电路的应用 • 一阶二阶电路的实验
01
一阶电路
一阶电路的定义
总结词
一阶电路是指包含一个动态元件的电 路。
详细描述
一阶电路通常由一个电感或电容等动 态元件与电阻、电压源或电流源等其 他元件组成。这种电路中只有一个动 态元件，因此被称为一阶电路。
详细描述
在时域分析中，我们通过建立和求解一阶微分方程来分析一阶电路的行为。频域分析则是将电路转换 为频域，通过分析频率响应来了解电路的性能。这两种方法各有优缺点，适用于不同类型的问题和场 景。
02
二阶电路
二阶电路的定义
总结词
二阶电路是指包含两个动态元件的线性电路。
详细描述
在电路理论中，二阶电路是由两个动态元件组成的线性电路。动态元件是指其电压或电流随时间变化的元件，如 电感器和电容器。线性是指电路中的元件关系满足线性关系，即输出与输入成正比。
二阶电路的特性
总结词
二阶电路具有振荡和过阻尼两种特性。
详细描述
二阶电路的特性主要取决于其阻尼比。当阻 尼比大于1时，电路呈现过阻尼特性，系统 将逐渐稳定；当阻尼比小于1时，电路呈现 振荡特性，系统将产生周期性振荡。此外， 二阶电路还具有能量存储和转换的特性，能
够实现电能与其他形式能量的转换。
二阶电路的分析方法
频谱分析
一阶二阶电路可以用于频谱分析， 将信号分解成不同频率的成分， 以便进一步处理。
调制解调
一阶二阶电路可以用于调制解调， 将信号从一种形式转换为另一种 形式，以便传输或处理。
04
一阶二阶电路的实验
一阶电路的实验
实验目的
通过实验了解一阶电路的响应特性，掌握一阶电路的时 域分析方法。
第7章 信号细分与分辨电路
绝对零位
20Ω
sin、cos、-sin三路信号通过电阻链移相产生十路移相信号， 经十路比较器和逻辑电路在O1、O2获得两路正交信号。 绝对零信号经比较器整形后和两路方波信号( 126 、 ) 144 相与，获得标准零脉冲信号。
7.1.3 微型计算机细分
7.1.3.1 与硬件细分相结合的细分技术
缓冲计数器1
光栅 传感器
放大 整形
细分 辨向
缓冲计数器2
微 机 接 口
细分与辨向：由硬件电路完成； 计数、处理和显示：由微机完成； 缓冲计数器：提高系统的响应速度，最高速度为：
v m ax C / ( pN t )
7.1.3 微型计算机细分
7.1.3.2 时钟脉冲细分技术
将光栅一个栅距W内的信号转化为计时的方法实现细分。
7.1.4 只读存储器细分
128
0
128
255 X
7.2 平衡补偿式细分
■
用途：广泛应用于标尺节距大的感应同步器、容栅、 磁栅、光栅等传感器的后续仪器中。 特点：细分数高、分辨率高、精度高，但速度低(带负 反馈的闭环系统)。
前馈回路 xi 比较器 xF F 细分机构，分频数=细分数 x i- x F ∫ Ks + N xo
—— 相位调制信号，作为相位跟踪细分的输入信号。
7.2.1.1 相位跟踪细分原理
Umsin(t+j) 放大整形 鉴相电路
j- d
移 相 脉 冲
移相脉冲门
d
相对相位 基准分频器
显示电路
输入信号：相位差90的两路正余弦(正交)模拟信号。
工作原理：将正余弦信号施加在电阻链两端，由于两信 号的叠加作用，在电阻链的接点上得到幅值和相位各不相 同的电信号。这些信号经整形、脉冲形成后，就能在正余 弦信号的一个周期内获得若干计数脉冲，实现细分。
模电第七章07信号处理电路
正弦波振荡电路输出的交流电能是从电源的 直流电能转化而来。输出功率可以从几毫瓦到几 十千瓦。
正弦波振荡信号的频率范围：一赫以下至几百 兆赫。
3
正弦波振荡电路的应用
1. 作为信号源，广泛用于量测、自动控制、通讯、 广播电视及遥控等方面。 2. 作为高频能源，用于高频感应加热、冶炼、淬 火以及超声波焊接等工业加工方面。
放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分 解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。 选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量
衰减掉。这时，只要：
|AF|>1，且A+ B =2n，即可起振。
9
问题2：如何稳幅？
起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这 时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。
RC移相式正弦波振荡电路
三、用分立元件组成的RC振荡器
+
RF
R
R1
R–C1 R2
C +
C1 + – + T1 C2
R
C
+
RE1 R3
+UCC
RC2 +
+
– –
+
T2
C3
+
RE2 CE
RC网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到合
适的参数则可产生振荡。
30
7.1.4 LC 振荡电路
1 .变压器反馈式振荡电路 2 .三点式振荡电路
• 电路组成
放大电路: 三极管共发射极放大电路 选频网络:
LC并联回路作为共发射极放大电路三 极管的集电极负载，起选频作用
反馈网络:
由变压器副边绕组N2上的电压 作为反馈信号
• 用瞬时极性法分析振荡相位条件
正弦波振荡信号的频率范围：一赫以下至几百 兆赫。
3
正弦波振荡电路的应用
1. 作为信号源，广泛用于量测、自动控制、通讯、 广播电视及遥控等方面。 2. 作为高频能源，用于高频感应加热、冶炼、淬 火以及超声波焊接等工业加工方面。
放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分 解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。 选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量
衰减掉。这时，只要：
|AF|>1，且A+ B =2n，即可起振。
9
问题2：如何稳幅？
起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这 时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。
RC移相式正弦波振荡电路
三、用分立元件组成的RC振荡器
+
RF
R
R1
R–C1 R2
C +
C1 + – + T1 C2
R
C
+
RE1 R3
+UCC
RC2 +
+
– –
+
T2
C3
+
RE2 CE
RC网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到合
适的参数则可产生振荡。
30
7.1.4 LC 振荡电路
1 .变压器反馈式振荡电路 2 .三点式振荡电路
• 电路组成
放大电路: 三极管共发射极放大电路 选频网络:
LC并联回路作为共发射极放大电路三 极管的集电极负载，起选频作用
反馈网络:
由变压器副边绕组N2上的电压 作为反馈信号
• 用瞬时极性法分析振荡相位条件
信号产生电路实验总结
信号产生电路实验总结
嘿，朋友们！今天我要来给你们唠唠信号产生电路实验总结。
刚开始做这个实验的时候，哇塞，那感觉就像进入了一个充满神秘信号的奇妙世界！我和小伙伴们都瞪大了眼睛，既兴奋又紧张。
我们摆弄着那些电线、电阻还有各种元器件，就像是在搭积木，但这可不是普通的积木，这可是能产生神奇信号的“宝贝”！比如说，连接一个电容就好像给电路这个大机器加上了一个缓冲垫，信号变得更加稳定啦。
在实验过程中，也遇到了一些小麻烦呢。
有一次，怎么信号就是出不来，就像一个调皮的小精灵故意躲着我们。
我们着急得直跺脚，这可咋办呀？！但我们没有放弃，大家一起讨论、研究，嘿，还真给找到了问题所在。
就好像在迷雾中终于找到了那盏明灯，哇，那感觉别提多棒了！
还记得有一次，我们成功地让信号按照我们想要的方式产生了，那一瞬间，我们都欢呼起来，就跟中了大奖一样兴奋！这种成就感简直爆棚，好嗨哟！
通过这个实验，我深刻地体会到了实践的重要性。
这就好比学游泳，光在岸上看是不行的，必须得跳进水里扑腾几下，才能真正掌握技巧。
而且团队合作也特别重要，每个人都有自己的想法和见解，大家一起碰撞出的火花那才叫精彩呢！
总之，信号产生电路实验真的太有趣啦，让我们在探索中学习，在挫折中成长，在成功中欢呼雀跃！我真希望能再多做几次这样的实验，不断挖掘电路世界的奥秘呢！。
2版-7章-数字电路与逻辑设计(第2版)-邬春明-清华大学出版社
（4）放电三极管 TD 。工作在开关状态，受触发器控制，当触发器输出Q=1, Q =0,
时，TD 截止；当触发器输出Q=0, Q =1，TD 饱和，可为外接电容提供放电通道。
（5）输出缓冲器G4 。输出缓冲器 G4 是接在输出端的反相器，其作用是提高定时器
带负载能力，同时隔离负载对定时器的影响。
VCC
当uI1 UR1,uI2 UR2 时，比较器C1的输出uC1 =1，比较器C2的输出 uC2 =0，基本RS触发
器被置1，放电三极管TD截止，输出uO 为高电平；
当 uI1 UR1,uI2 UR2 时，比较器C1的输出uC1 =0，比较器C2的输出 uC2=0，基本RS触发 器被置1，放电三极管TD截止，输出uO为高电平；
（二）脉冲电路
利用脉冲信号产生器直接产生 对已有信号进行整形，使之满足系统的要求 脉冲电路是专门用来产生电脉冲和对电脉冲进行放大、变
换和整形的电路。
二、555定时器
VC比C 较器 RD
基本RS触发器
8
UCO
uI1
(TH )
u I2
( TR )
U R1 5 6
2 U
R2
5kΩ
＋
C
－
1
5kΩ
＋
（一）用门电路构成施密特触发器
R1和R2构成 分压环节
G1和G2为两级串接 的反相器
R2
G1
uI
R1
1
uA
G2
1
uO
u O1
输入电压uI通过R1、 R2的分压来控制G1、
G2门的状态
1.同相输出施密特触发器的电压传输特性和逻辑符号:
uo
UT
UOH
1
uI
时，TD 截止；当触发器输出Q=0, Q =1，TD 饱和，可为外接电容提供放电通道。
（5）输出缓冲器G4 。输出缓冲器 G4 是接在输出端的反相器，其作用是提高定时器
带负载能力，同时隔离负载对定时器的影响。
VCC
当uI1 UR1,uI2 UR2 时，比较器C1的输出uC1 =1，比较器C2的输出 uC2 =0，基本RS触发
器被置1，放电三极管TD截止，输出uO 为高电平；
当 uI1 UR1,uI2 UR2 时，比较器C1的输出uC1 =0，比较器C2的输出 uC2=0，基本RS触发 器被置1，放电三极管TD截止，输出uO为高电平；
（二）脉冲电路
利用脉冲信号产生器直接产生 对已有信号进行整形，使之满足系统的要求 脉冲电路是专门用来产生电脉冲和对电脉冲进行放大、变
换和整形的电路。
二、555定时器
VC比C 较器 RD
基本RS触发器
8
UCO
uI1
(TH )
u I2
( TR )
U R1 5 6
2 U
R2
5kΩ
＋
C
－
1
5kΩ
＋
（一）用门电路构成施密特触发器
R1和R2构成 分压环节
G1和G2为两级串接 的反相器
R2
G1
uI
R1
1
uA
G2
1
uO
u O1
输入电压uI通过R1、 R2的分压来控制G1、
G2门的状态
1.同相输出施密特触发器的电压传输特性和逻辑符号:
uo
UT
UOH
1
uI
电力电子技术第7章 触发电路
27
图 7.12 同步移相环节
28
图 7.13 αmin、βmin的限制
29
图 7.14 C6 充放电路径
30
三、电路评价 本触发电路的缺点是理论上移相范围可达 180°， 但由于正弦波顶都平坦，实际上只有150°左右；由 于同步信号直接取自电网，若不经滤波或滤波效果 不好，可能会出现误触发；若同步电压不叠加其他 波形，则当电网电压下降时，可能会出现交点丢失 的失控现象。
8
二、阻容移相触发电路 图 7.4（a）是另一种简单的相控触发直流调 压电路。其触发电路是一个具有中心抽头的变压器 T和电位器 RW、电容 C 组成的 R、C 桥式电路， 所以又称为阻容移相桥触发电路。
9
图 7.4 阻容移相桥触发电路
10
定
α 角与 RW、C 参数的关系可由图 7.4（b）确
移相桥参数可由以下经验公式求得：
5
一、幅值控制触发电路 图 7.3（a）电路是一种简单的相控触发直流 调压电路。其主电路为单相半波可控整流电路。触 发是通过来自电源，经 RW 和 VD 进入晶闸管门极 的电流实现的。
6
图 7.3 简易相控直流调压电路
7
如果忽略负载电阻及 VD、门极———阴极间 的电阻，则 ig≈u2/RW；当 ig= IGT时晶闸管导通，因 此可以近似认为： 令 α =π／2，可方便地标出 RW max的值为
14
图 7.5 单结管的结构、符号及电路
15
图 7.6 单结管的特性
16
17
二、单结晶体管自激振荡电路 负阻特性是单结晶体管的重要特性，利用这种 特性并经过电阻、电容的简单组合就可以构成自激 振荡电路。
18
图 7.7 单结管自振荡电路
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Ui 放大器 Uo
Ui
选频 放大器
Uo
Uf
选频正
反馈网络
Uf
正反馈
网络
判断: 1. 检查电路组成
2.“Q”是否合适 3. 是否满足起振条件
7.1.2 RC 正弦振荡
一、RC 桥式振荡电路
1. RC 串并联选频网络 式中: ? 0 = 1/RC
1
FFu?u???UU
?
12?9??
(R??/
?
1R //
—满足相位平衡条件
CE
f0 ?
2?
1 LC
二、三点式 LC 振荡电路
(一) 电感三点式 振荡电路
+VCC
RB1
×CB
RB2
V
?
U i RE
C1
?
Uo
1
CE 2 L1
?M
Uf
L2 3
优点：
易起振(L 间耦合紧 )；
易调节(C 可调)。 缺点： C 输出取自电感，对
高次谐波阻抗大 ， 输出波形差。
f0 ?
5. 并联谐振的本质 — 电流谐振
i
+
iL
ur
L
–
iC C?
IC
?
U
?
I
I?L
?
IL
?
?
?
IC
1) Z = Z0 呈纯阻 2)形成环流，大小是总电流的 Q 倍
I?C
?
I?L ?
Z0 ZL
I? ?
Qω0 L ω0L
I? ? Q I?
(二)变压器反馈式振荡电路
RB1
×
CB RB2
CL
V RE
+VCC ? A ? ? 180? ? F ? 180? ? AF ? 0?
?
?1
2??
1
1LC?
1?
C1 C2 C3
1
2??C13CC1 f1?C0 C?2 2 2L?
1 LC
? 2?
1 LC 3
三、石英晶体 (Crystal )振荡电路
(一)石英晶体谐振器的阻抗特性
1. 结构和符号
化学成分 SiO 2
结构 涂银层
焊点
符号
晶片
二节 RC 环节 移相 ? 180?
三节 RC 环节 移相 ? 270?
对于
f0 ?
2π
1 6RC
的信号 ，
? F ? 180?
? ? A ? ?180? ? ? AF ? 0? — 满足相位平衡条件
优点： 结构简单
缺点： 选频特性差，输出波形差
7.1.3 LC 振荡电路
(一 I.s类一、型)变L：Z压C变器并C压反联器馈回反式Lr路馈的L式C特效L、电振的损性阻荡电等耗电ω感0路三?1.点Z谐式?L?1振C、1j频ω?，j1ω电C1率jC(容?L?frf(L00三/r(rr???C点?2jrω式j?πω1LCL1)L))C
U?o
ACu ? 1 +R(R2+ R3)/R1 > 3
起振后二极管T 电??阻R逐f渐??减小Au，f ? A(1u ?? R1 f+/RR21R/R)21?>=23R1 ? R3
为使失真小： R2 < 2R1
二、RC 移相式振荡电路
C C C R Rf
8
RR
U?o
一节 RC 环节 移相 ? 90?
— 振幅平衡条件
大，?则A产F 生? ?正A弦? 振? F荡?。2nπ — 相位平衡条件
n = 0, 1, 2, ???
二、起振条件
??
起振条件 AF ? 1
? AF ? 2 n π
Ui 放大器 Uo Au
Uf 反馈网络
u ou o
Uo4
Au F u > 1
Uo3
Uo2
1/F u Au F u < 1 Au
2. 谐振阻抗 Z0
Z0
?
L rC
Z0 ? Qω0L ? Q ω0C
3. 回路品质因数 Q
Q ? ω0L ? 1 ? 1 r rω0C r
L C
4. 频率特性
?Z?
Z0
Q
Q
大
小
?0
?
幅频特性
Q 增大 ? f
90o
?0
?
? 90o
相频特性
Z?
L / rC
?
Z0
1
?
j(ωrL
?
1 ωrC
)
1? jQ( f / f0 ? f0 / f )
Au = 1/F u
Fu
Au
?
uo ui
Fu
?
uf uo
Uo1
Uf1
O Ui1 Ui2
Uf2 Uf2
Ui3 Ui4
ui u起fuf振
稳幅
三、电路的组成和起振的判断
组成: 1. 放大电路 Au
2. 正反馈网络 F u
满足振荡条件
3. 选频率网络 —实现单一频率的振荡
4. 稳幅环节—使振荡稳定、波形好
第7章 信号产生电路
7.1 正弦波振荡电路
引言 7.1.1 正弦波振荡电路的工作原理 7.1.2 RC 正弦振荡 7.1.3 LC 正弦振荡
引言
信号产生电路 (振荡器—Oscillators )
分类： 正弦波振荡
RC 振荡器(1 kHz ~ 数百 kHz ) LC 振荡器(几百 kHz 以上)
石英晶体振荡器 (频率稳定度高 )
非正弦波振荡： 方波、三角波、锯齿波等
主要性 输出信号的 幅度准确稳定 要求能： 输出信号的 频率准确稳定
7.1.1 正弦波振荡电路的工作原理
振荡条件
一、振荡条件
U? i
放大器
?
Au
?
Uf
反馈网络
?
Fu
?
RL Uo
?
?
Au
?
Uo U? i
;
?
?
Fu
?
Uf U?o
;
??
Au Fu
?
1
微率弱成的分A电通?u F扰 过?u 动 正?中 反1 ， 馈某 逐一 渐频放
2?
1 LC
? 2?
1 ( L1 ? L2 ? 2M )C
(二) 电容三点式振荡电路
考 克毕拉兹泼振荡器 (Colalppitt)s )
+VCC
RB1
CB
×RB2
V
?
U iRE
?
Uo
C1 CE 2
1
?
U
f
C2
3
优点：波形较好 缺点：
1) 调频时易停振
2) V 极间电容影响 f0
C3
L
改进
1 C
f0
为使电 Au 为非线性，起振时，应使 Au > 3，稳幅后 Au = 3。
二热极敏管电稳阻幅稳幅R2
22 k?
正温R度1 系数
6.2 k?
4.3 k?
8 R1
R3 V1 V2Rf
U?o
f0 ?
1 2? RC
负温度系数
f0 = 1.94 kHz
8
12.4 k? > R2 > 8.1 k?
起8.2振k?时信号0.0小1 ?，F 二U?0i.极0R1管?F电C 阻8.2U大?k?f
2) 电路： Rf
? F = 0o
同相 放大器
? AF ? 2n?
3)振荡频率
?A= 2n?
f0 ?
1 2? RC
R1
U?
R
i
C
U? f
8
U? o
CR
4)振荡条件
A?u F?u ? 1
?
?
F
?
1
3
? A? ? 3
应使： Rf R1 ? 2 Rf ? 2R1 Rf 不能太大，否则 正弦波将变成方波
5)稳幅措施
10 ? ??
jωC
(0R/ ?//
)21
)
j ωC
jωC
1 3
.
?Fu ?
?0
?
?F
90?
?
?
f
?
arc?tan
3
?
ω / ω01? ω0 / ω
3
j(当ωR?C=?
1
?ω0R时C
)
?0 ? 90?
? ? 3 ? j(??Fω.1u=?0?=o1ω/30 ) ω0 ω
2. RC 桥氏振荡电路 1) 组成：