模电课件 第八章信号的发生和转换

如何求阈值电压UT?
uN

R1 R1 R2
uT

R1
R2 R2
U
REF
0
UT

R2 R1
U
REF
例题：P413 例8.2.1
单限比较器的特点
1、电路简单。
2、当A0不够大时，
输出边沿不陡。
3、输入在阈值电压 附近任何微小的变 化，都会引起输出 的跃变，容易引入 干扰。
ui t
uo t
用分立元件组成的RC振荡器
RC网络构 成正反馈
R
++
RF
R
R1
RF、RE1构成负反馈
RC1 R2
RC2
+UCC
+
C + C
C1
–
+
+
T1 C2
ube
RE1 R3
–
+
T2
C3
+
RE2 CE
8.1.3 LC正弦波振荡电路
LC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成， 可以产生高频振荡。 由于高频运放价格较高， 所以一般用分离元件组成放大电路， 必要时还采用共基电路。 本节只对 LC振荡电路做一简单介绍，重点掌握 相位条件的判别。 首先介绍一下 LC 谐振网络。
+
uo
_
uR
ui
-Uom
uR=0时，称为过零比较器
例：利用过零电压比较器
ui
将正弦波变为方波。
t
ui

+
+ uo
uo
+Uom
t
-Uom
电路改进：
输入级的保护电路 输出限幅电路
稳压管接在反馈通路中
1. 虚DZ地导，通可时保引护入输负入反极馈。。有 2. 运放工作于线性区，可提
高输出电压变化速度。
一般单限比较器及其电压传输特性
纯阻性 F最大
F

U f U o

R
R∥ 1
j C
1 ＋R∥ 1

1
3 j( RC
1

1
) 3 j( f f0 )
j C j C
RC
f0 f
其中：f0

2
1 RC
为特征频率
二、电路组成
∵f = f0 时，Fmax = 1/3,
F = 0，∴要求放大电路
Au>3，为使放大电路参数 不影响 f0，应引入电压串 联负反馈 → 同相比例运
第八章 波形的发生和信号的转换
§8.1 正弦波振荡电路 §8.2 电压比较器
§8.1 正弦波振荡电路
(1) 正反馈足够强,输入信号为 0 时仍有信号输 出，这就是产生了自激振荡。
(2) 正弦波振荡电路就是一个没有输入信号、 依靠电路的自激振荡产生正弦波输出信号 的放大电路。
(3) 要获得正弦自激振荡,反馈回路中必须有选 频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：
输入正弦波的情况:
U+H - U+L称
ui
为回差
uo
Uom
U+H
t
U+L
0
U+H
U+L
ui
ui
下限
-Uom
Uom 上限
t
小于回差的干扰不会引起跳转 跳转时，正反馈加速跳转
-Uom
电路改进： ——加上参考电压
ui
R
－

+
uo
+
UR
R1
R2
加上参考电压后的上下限：
UH

R1 R1 R2
U om

常依据选频网络所用元件分类。 1. RC正弦波振荡电路：f0 < 1MHz。最经济， 仅用于要求不高场合； 2. LC正弦波振荡电路： f0 > 1MHz，常为 10MHz～几百MHz。体积大； 3. 石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率的 稳定度非常高。
8.1.2 RC 正弦波振荡电路
一、选频电路
用 RC 电路构成选 频网络的振荡电路即 为 RC 振荡电路。常 见的有：RC串并联、 RC移相式、双T式等， 在此仅介绍 RC 串并 联又称文氏桥振荡电 路。
把三个端点分别与三极管的三个电极相连，组 成LC正弦波振荡电路。
中间点接至发射极
重点掌握LC振荡电路产生的可能性判断即相 位条件的判断——采用瞬时极性法。
例1.电感反馈式振荡电路
+UCC
C1
+
+
–
–C
L1
振荡频率
1
f0 2 (L1 L2 2M )C
中间抽 头接地
L2
+
正反馈
例2.电容三点式振荡电路
不会引起跳变
反相
UT


R1 R1 R2
UZ

3V
例8.2.3：设计一符合下电压传输特性的比较器, 要求电阻阻值在20~100kΩ间。
同相
同相端
uP
(
1 R1

1) R2

uI R1

UZ R2
UT


R1 R2
UZ
设：UZ=±6V → R2=2R1，设：R1=25kΩ→ R2=50kΩ
I
U i C
IL
L
R
谐振时回路电流 比总电流大的多， 外界对谐振回路 的影响可以忽略！
fo

2
1 LC
f f0
电路呈纯阻性， 电压与电流同相。 P397 频率特性
采用LC并联谐振回路的正弦波发生电路通常 分为变压器耦合式和LC三端点式两大类。
把并联LC回路中的C或L分成两个，则LC回路 就有三个端点（电容三点式或电感三点式）
放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解 为各种频率的正弦波分量，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，只要当f=f0时满足：
|AF|>1，且A+ F =2n，即可起振。
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。
R1
R2 R2
U
R
uo
U+L
U+H ui
UL


R1
R1 R2
U om

R2 R1 R2
UR
0
传输曲线
二、同相滞回比较器
R
－

+
uo
+
ui
uo
Uom
U+L
0
U+H ui
R1
R2
-Uom 传输特性曲线
u+=0 时翻转，可以求出上下限。
R2 R1 R2
UH

R1 R1 R2
U om
A( )、F ( )
自激振荡的条件： A()F () 1
（1）振幅条件： | AF | 1
（2）相位条件： A F 2n n是整数
与负反馈产生自激振荡的条件有何不同？
相位条件意味着振荡电路必须是正反馈； 振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。
问题1：如何启振？
Uo 是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅 度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=B。
单限比较器
R1
+ R2
ui + _ u_R

_
++
+
uo
_
电压传输特性(输入 与输出的关系)：
输出电压uo由输入 电压ui和参考电压 uR大小关系决定。
uT称为阈值电压。
uo
+Uom
uR
ui
此为反相比较器 -Uom
同相比较器：
电压传输特性：
+
R1

_
uo
R2
+ + +Uom
uR + _ _ui
为正反馈； 4. 幅值条件是否满足。即电路是否可起振。
相位条件的判断方法
瞬时极性法： 首先断开反馈，然后在断开处给放大电路加 f＝f0
的信号Ui，且规定其极性，由 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。
三、正弦波振荡电路分类
窗口比较器
输出限幅
设：URH > URL > 0 uI < URL → uO1= -UOM，uO2= +UOM → uO= +UZ URL< uI < URH → uO1= -UOM，uO2= -UOM → uO= 0 uI > URH → uO1= +UOM，uO2= -UOM → uO= +UZ
电压比较器定义：比较两个电压的大小，输出用高、 低电平表示比较结果。
电路
+
R1

_
R2
ui + uR
+ +
+
uo
__
_
电压比较器分类
1. 单限比较器：一个阈值电压 UT 2. 滞回比较器：两个阈值电压， uI 单调变化时，
输出仅跳变一次 3. 窗口比较器：两个阈值电压 ， uI 单调变化时，
输出跳变两次
二 而
生单一频率的正弦波振荡。
一 3. 正反馈网络：
源自文库
满足振荡的相位条件。
4. 稳幅环节：
为非线性环节，保证电路输出稳定。
二、判别电路是否会产生振荡的方法
1. 四个主要组成部分是否存在； 2. 放大电路能否正常工作。即Q点是否合适，
信号是否可能正常传递； 3. 相位条件是否满足。即是否存在 f0 ，使电路

0
UH

R1 R2
U
om
R2 R1 R2
UL

R1 R1 R2
U om

0
UL


R1 R2
U om
电路改进：为了稳定输出电压，可以在输出端加
上双向稳压管。
ui
R
－ +

+
R1
R2
uo UZ
思考题：如何计算上下限？ 答：计算方法同前！
电压传输特性的三要素分析方法总结
1. 输出电压UO： 由限幅电路确定 UOL 和 UOH
达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1， 即可稳幅。
起振并能稳定振荡的条件：
U o B时，AF 1 U o B时，AF 1 U o B时，AF 1
一、正弦波振荡电路的基本组成部分
1. 放大电路：
起放大作用，保证输出从无到稳定。
常 2. 选频网络：
合
确定电路的振荡频率 f0，保证电路产
过零附近仍 处于放大区
滞回比较器
一、反相的滞回比较器 分析：
ui
R
－

+
uo
+
R1 UR R2
参考电压由 输出电压决定
1. 因为有正反馈，所以 输出很快达到饱和。
2. 当uo正饱和时：
UR

R1 R1 R2
Uom
UH
3. 当uo负饱和时：
UR


R1 R1 R2
Uom
UL
电压传输特性
输出
共基电路
R1
C1
U i
U o
R2 C2
RC选频网络
电感
电容
§8.2 电压比较器（用于A/D转换、波形变换）
此时集成运放工作在非线性区（开环或正反馈）
确定运放工作区的方法：判断电路中有无负反馈。
若有负反馈，则运放工作在线性区； 若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。
处于非线性状态运放的特点： 1. 虚短路不成立。 2. 输入电阻仍可以认为很大（即虚断仍存在）。 3. 输出电阻仍可以认为是0。
2. 阈值电压UT： 由 UN = UP → UT = uI 。
3. 输出UO在 uI 过 UT 时的跳变方向： uI接同相端： uI ↑过 UT →低跳至高 uI ↓过 UT →高跳至低 uI接反相端： uI ↑ 过 UT →高跳至低 uI ↓过 UT →低跳至高
例8.2.2：试画出输出电压波形。 小于回差的干扰
f0
2
1 L C1C2
C1 C2
正反馈
例3.采用共基放大电路的电容反馈式振荡电路
作业：P464 8.12
正反馈
例8.1.3：改正下电路之错误，使其可产生正弦波 振荡，且保留原放大电路的基本接法。
共射接法，但静 态工作点不合适
P405 例8.1.3
小结
输入
输出 输出
共射电路、共集电路
输入
算电路。
A F 1 等幅振荡
A 1 Rf F 1
R1
3
Rf 2R1
三、稳幅措施
因同相比例运算电路有 非常好的线性度，故需加 稳幅环节：
1. R1选正温度系数的热 敏电阻，T↑→R1↑→A↓;
2. 反馈回路可串二极管， I↑→ rD↓→A↓。
四、频率调节
改变电容以粗调，改变电位器滑动端以微调。