1、回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路第第8 8章章 波形的發(fā)生與信號(hào)的轉(zhuǎn)換集成運(yùn)放的應(yīng)用波形的發(fā)生與信號(hào)的轉(zhuǎn)換集成運(yùn)放的應(yīng)用）8.1 8.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路8.2 8.2 電壓比較器電壓比較器8.3 8.3 非正弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路vfvi vdvo1. 1. 產(chǎn)生正弦波振蕩的條件產(chǎn)生正弦波振蕩的條件idfVVV iiofVVAFVFV1FA8.1.1 8.1.1 概述概述8.1 8.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路 振蕩條件 幅值平衡條件 相位平衡條件 1FA1FAAF = A+ F= 2n負(fù)反饋放大電路負(fù)反饋

2、放大電路 正反饋振蕩電路正反饋振蕩電路 FA1起振條件起振條件回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路 正弦波的產(chǎn)生條件與負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激的條件十分類似。只不過(guò)負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生了足夠的附加相移，從而使負(fù)反饋?zhàn)兂闪苏答?。討論：?fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩？討論：負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩？ffifidXXXXXX0)(ffidXXXX0 而正弦振蕩電路中加的就是正反饋，振蕩建立后只是一種頻率的信號(hào)，無(wú)所謂附加相移?；厥醉?yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路2. 2. 正弦波發(fā)生電路的組成正弦波發(fā)生電路的組成 為了產(chǎn)生正弦波，必須加入正反饋，因此放大電路和正反饋網(wǎng)絡(luò)是振蕩電路的最主要部分。 由于正反饋，輸出

3、幅度會(huì)越來(lái)越大，最后由三極管的非線性限幅，這必然產(chǎn)生非線性失真。 反之，如果正反饋量不足，則減幅，可能停振，為此振蕩電路要有一個(gè)穩(wěn)幅電路。 為了獲得單一頻率的正弦波輸出，應(yīng)該有選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)絡(luò)往往和正反饋網(wǎng)絡(luò)或放大電路合二為一。選頻網(wǎng)絡(luò)由R、C和L、C等電抗性元件組成?；厥醉?yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路1|FA 振蕩器在剛剛起振時(shí)，為了克服電路中的損耗，需要正反饋強(qiáng)一些，即要求這稱為起振條件。3. 3. 起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件和穩(wěn)幅原理 起振后就要產(chǎn)生增幅振蕩，需要靠三極管非線性特性去限制幅度的增加，靠選頻網(wǎng)絡(luò)選出失真波形的基波分量作為輸出信號(hào)，以獲得正弦波輸出。 也可以在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非

4、線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電路的增益，從而達(dá)到穩(wěn)幅的目的。回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路1. RC1. RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò) RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò),其頻率響應(yīng)如下:)j/1 (111CRZ222222j1 )j/1/(CRRCRZ8.1.2 RC8.1.2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路1)122C1RCR1j()1 (2121CRCRR/j+)Cj/1 (2122221112RCCRCRRR)j1()Cj/1 (222112RCRRR諧振頻率為: 21211CCRRoRC10當(dāng)R1 = R2，C1 = C2時(shí)，諧振角頻率和諧振頻率分別為:RCf210)j1/

5、(+)Cj/1 ()j1/(22211222212CRRRCRRZZZofVVF回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路幅頻特性幅頻特性:相頻特性: 當(dāng) f=f0 時(shí)的反饋系數(shù) , 此時(shí)的相角 F=0。有關(guān)曲線見圖。F31F20022122121221)(31)1()1 (1CRCRCCRR 3arctg11arctg0012211221fCCRRCRCR回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路 F= 0f=f0 時(shí)回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路2.RC2.RC橋式正弦振蕩電路橋式正弦振蕩電路 (1) RC文氏橋振蕩電路的構(gòu)成 RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是正反饋網(wǎng)絡(luò)，另外還增加了R3和R4負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。 C1、R1和C

6、2、R2正反饋支路與R3、R4負(fù)反饋支路正好構(gòu)成一個(gè)電橋，稱為文氏橋。回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路當(dāng)C1 =C2、R1 =R2時(shí): 為滿足振蕩的幅值條件 =1，所以Af3。加入R3、R4支路，構(gòu)成串聯(lián)電壓負(fù)反饋。FA31ofVVFf=0RCff2103143fRRAAF = A+ F= 2n=0+0=0回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路 (2) RC文氏橋振蕩電路的穩(wěn)幅 穩(wěn)幅作用是靠熱敏電阻R4實(shí)現(xiàn)的。R4是正溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)輸出電壓升高，R4上所加的電壓升高，即溫度升高，R4的阻值增加，負(fù)反饋增強(qiáng)，輸出幅度下降。反之輸出幅度增加。43vf1RRA回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路 采用并

7、聯(lián)二極管的穩(wěn)幅電路電路的電壓增益為4p3pf +1=RRRRAv 式中 Rp是電位器上半部的電阻值，Rp是電位器下半部的電阻值。R3= R3 / rD，rD是并聯(lián)二極管的動(dòng)態(tài)電阻?；厥醉?yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路 包括有放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路。選頻網(wǎng)絡(luò)是由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成，正反饋網(wǎng)絡(luò)因不同類型的LC正弦波振蕩電路而有所不同。8.1.3 LC8.1.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路0100CLLCf210 1. LC1. LC并聯(lián)諧振電路的頻率特性并聯(lián)諧振電路的頻率特性諧振時(shí)LC并聯(lián)諧振電路阻抗 Z相當(dāng)一個(gè)電阻。諧振時(shí)諧振時(shí)諧振頻率諧振頻

8、率回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路 阻抗 Z是頻率的函數(shù)，其頻率特性如圖。Q值愈大，曲線愈陡，選頻特性愈好。 回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路2.2.變壓器反饋?zhàn)儔浩鞣答丩CLC振蕩電路振蕩電路 反饋線圈L2將反饋信號(hào)送入三極管的輸入回路。 調(diào)整反饋線圈的匝數(shù)可以改變反饋信號(hào)的強(qiáng)度，使正反饋的幅值條件得以滿足。回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路同名端同名端 變壓器反饋LC振蕩電路的振蕩頻率與并聯(lián)LC諧振電路相同，為L(zhǎng)Cf210回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路3.3.電感反饋式電感反饋式LCLC振蕩電路振蕩電路( (電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式) )瞬時(shí)極性如圖，符合正反饋的相位條件。 電感反饋式LC振蕩

9、器CB） 電感反饋式LC振蕩器CE）回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路將諧振回路的阻抗折算到三極管的各個(gè)電極之間，有Zbe、Zce、Zcb 。 若滿足相位平衡條件， Zbe和Zce必須同性，即同為電容或同為電感，且與Zcb性質(zhì)相反。另一種判斷方法：另一種判斷方法：回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路4.4.電容反饋式電容反饋式LCLC振蕩電路振蕩電路( (電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式) )電容反饋式電容反饋式CECE電容反饋式電容反饋式CBCB瞬時(shí)極性如圖，符合正反饋的相位條件。回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路例 三點(diǎn)式振蕩電路 試判斷是否滿足相位平衡條件。條件滿足！條件滿足！回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電

10、路例 已知振蕩電路如圖所示，試判斷它們能否振蕩，若不能，如何修改電路使其滿足相位平衡振蕩條件。 VB0V，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)發(fā)射極有耦合電容Ce，反饋量被短路 修改后電路解 ：判斷三極管電路能否振蕩，首先判斷電路中三極管是否正常工作。 再判斷電路是否滿足相位平衡條件?；厥醉?yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路 石英晶體的阻抗頻率特性曲線 它有一個(gè)串聯(lián)諧振頻率fs,一個(gè)并聯(lián)諧振頻率 fp，二者十分接近。8.1.4 8.1.4 石英晶體石英晶體LCLC振蕩電路振蕩電路 用石英晶體簡(jiǎn)稱晶振來(lái)控制振蕩頻率的振蕩電路稱為石英晶體振蕩電路。 石英晶體的等效電路 jXRjbaZ 回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路 此時(shí)

11、晶體的阻抗接近為零,電路與電感三點(diǎn)式振蕩電路相似。要使反饋傳遞到發(fā)射極，石英晶體應(yīng)處于串聯(lián)諧振點(diǎn)。阻抗接近為零,等效電路為 串聯(lián)型串聯(lián)型 f0 =fs回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路 電路應(yīng)滿足正反饋的條件，石英晶體必須呈電感性才能形成LC并聯(lián)諧振回路，產(chǎn)生振蕩。 由于石英晶體的Q值很高，可達(dá)到幾千以上，所示電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。并聯(lián)型并聯(lián)型 fs f0fp 電感回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路+Auoui運(yùn)放開環(huán)運(yùn)放開環(huán)加正反饋加正反饋uoui 1. 1. 集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用+uoRR2R1ui輸出只有兩種可能8.2 8.2 電壓比較器電壓比較器8.2.1

12、8.2.1 概述概述回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路2. 2. 處于非線性狀態(tài)運(yùn)放的特點(diǎn)處于非線性狀態(tài)運(yùn)放的特點(diǎn)虛短路不成立。虛短路不成立。輸入電阻仍可以認(rèn)為很大虛斷成立）。輸入電阻仍可以認(rèn)為很大虛斷成立）?；厥醉?yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路 使uo從UH躍變?yōu)閁L ，或者從UL 躍變?yōu)閁H 的輸入電壓稱為閾值電壓或門限電壓，記作UT。 輸出電壓uo只有兩種狀態(tài)，不是高電平UH，就是低電平UL,用以表示比較的結(jié)果。uoui0 UH UL 8.2.2 8.2.2 單限電壓比較器單限電壓比較器回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路uoui0+UoM-UoMUREF 當(dāng)輸入信號(hào)ui小于參考電壓UREF時(shí)，u

13、o為低電平-UOM；+uouiUREF 當(dāng)ui 升高到略大于UREF時(shí)，uo為高電平UOM。1. 1. 基本電壓比較器基本電壓比較器回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路uoui0UOM-UOM+uoui1 1、過(guò)零比較器、過(guò)零比較器UREF=0V回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路+uouituituo UOM -UOM例：利用電壓比較器例：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲?。將正弦波變?yōu)榉讲ā?. 過(guò)零比較器的應(yīng)用過(guò)零比較器的應(yīng)用回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路限幅器限幅器tuiu0tUZ-UZ-+AuoR1RFuiDZR+回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路另一種形式的限幅器：另一種形式的限幅器：-+Au

14、oR1RFuiDZ+回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路基本電壓比較器的問(wèn)題：基本電壓比較器的問(wèn)題：1、當(dāng)、當(dāng)Ao不夠大時(shí)，輸出邊沿不陡。不夠大時(shí)，輸出邊沿不陡。2、 容易引入干擾。容易引入干擾?；厥醉?yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路tuituo過(guò)零附近仍過(guò)零附近仍處于放大區(qū)處于放大區(qū)AoAo不夠大時(shí)的情況不夠大時(shí)的情況回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路引入干擾的情況引入干擾的情況回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路8.2.3 8.2.3 滯回比較器滯回比較器1 1、下行滯回比較器、下行滯回比較器oMPURRRu211oMpURRRu211比較電壓由原來(lái)的輸出決定,為兩個(gè)不同值。+ + +uoR RR2R2R

15、1R1uiUREF=0UREF=0輸出電壓uo高電平：輸出電壓uo低電平：回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路傳輸特性傳輸特性U+ U-U+-U-稱為回差稱為回差電壓電壓小于回差的干擾不會(huì)引起輸出跳變下限下限上限上限uoui0UoM-UoM+ + +uoR RR2R2R1R1ui閾值電壓有兩個(gè)！oMPURRRuU211oMpURRRuU211回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路tui U+ U-tuoUOM-UOM輸入正弦波的情況輸入正弦波的情況U+ U-uoui0UoM-UoM回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路REFoMURRRURRRU212211REFoMURRRURRRU212211加上參考電壓

16、加上參考電壓UREF后的上下限后的上下限+uoRR2R1uiUREFoMpURRRuU211oMpURRRuU211原來(lái)UREF=0現(xiàn)在疊加現(xiàn)在疊加回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路加上參考電壓加上參考電壓UREF后的傳輸曲線后的傳輸曲線uoui0U+ U-REFoMURRRURRRU212211REFoMURRRURRRU212211UREFUREF回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路2 2、上行滯回比較器、上行滯回比較器0211212oMURRRURRRup=0 時(shí)翻轉(zhuǎn)，可以求出上下限。時(shí)翻轉(zhuǎn)，可以求出上下限。0211212oMURRRURRRoMURRU21oMURRU21+uoRR2R1ui

17、+uoRR2R1uiUREF上限上限下限下限回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路U+ U-uoui0UoM-UoM傳輸特性曲線傳輸特性曲線回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路8.2.4 8.2.4 窗口比較器窗口比較器設(shè)R1 =R2，則兩門限：)2(21)2(=DCC212DCCLVVRRRVVVDLH2=VVV 單限比較器和滯回比較器在輸入電壓?jiǎn)我环较蜃兓瘯r(shí)，輸出電壓只躍變一次，因而不能檢測(cè)出輸入電壓是否在兩個(gè)給定電壓之間，而窗口比較器具有這一功能?；厥醉?yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路_+ + R2R1RPUsRFRLFILsFURRU12SFFFFFLURRRRURRUI122/負(fù)載！負(fù)載！例例 組成

18、電流源：組成電流源：回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路R1R1+AR2R2uoUsRLIL負(fù)載接地的電流源負(fù)載接地的電流源1RUISL自己推導(dǎo)自己推導(dǎo)!回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路 8.3.1 方波發(fā)生電路 方波發(fā)生電路是由滯回比較電路和RC定時(shí)電路構(gòu)成。電源剛接通時(shí), 設(shè)21Z2PZOC, 0RRVRVVvv所以 電容C充電， 升高。Cv8.3 8.3 非正弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路+voRR2R1vi回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路 當(dāng) 時(shí)， ，所以 電容C放電， 下降。PNCVVvZOVv21Z2PRRVRVCv 當(dāng) ，時(shí)，返回初態(tài)。PNCVVvZOVv 周期用過(guò)渡過(guò)程公式求出 )21ln(212fRRCRT21%1001 TT占空比：占空比：回首頁(yè)第8章 波形產(chǎn)生與變換電路占空比可調(diào)的方波電路占空比可調(diào)的方波電路 C充電時(shí)，充電電流經(jīng)電位器的上半部RW1、二極管D1、Rf, C放電時(shí)，放電電流經(jīng)Rf、二極管D2、電位器的下半部RW2 。 顯然為了改變輸出方波的占空比，應(yīng)改變電容器C的充電和放電時(shí)間常數(shù)?；厥醉?yè)