1、第八章第八章 波形发生和信号转换电路波形发生和信号转换电路8.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路8.2 电压比较器电压比较器8.3 非正弦波发生电路非正弦波发生电路8.1 正弦波振荡器电路正弦波振荡器电路一一.基本原基本原理理fidXXX-=只有正反馈电路才能产生自激振荡。只有正反馈电路才能产生自激振荡。+Xi f基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FX+doXX改成正反馈改成正反馈+（一）（一）产生自激产生自激振荡的条件振荡的条件如果：如果：,dfXX=则去掉则去掉,iX仍有信号输出。仍有信号输出。反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大电路的输入信号。电路的输入信号。Xi+f基本放大器基本放大
2、器A反馈网络反馈网络FX+doXXXdof基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FXXfidXXX+=FA=1Xd=Xf所以，自激振荡条件也可以写成：所以，自激振荡条件也可以写成：自激振荡的条件：自激振荡的条件：（1）振幅条件：）振幅条件：（2）相位条件：）相位条件：pjjnFA2=+n是整数是整数因为：因为：.Xdof基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FXX（二）起振条件和稳幅原理（二）起振条件和稳幅原理起振条件：起振条件：结果：产生增幅振荡结果：产生增幅振荡（略大于）略大于）1 1、被动：器件非线性、被动：器件非线性2 2、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以、主动：在反馈网络中
3、加入非线性稳幅环节，用以调节调节放大电路的放大电路的增益增益稳幅过程稳幅过程：起振时，起振时，稳定振荡时，稳定振荡时，稳幅措施稳幅措施：起振过程起振过程Xdof基本放大器基本放大器A反馈网络反馈网络FXX1.1.放大电路放大电路（保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电（保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出，实现能量的控制。）路获得一定幅值的输出，实现能量的控制。）2.2.正反馈网络正反馈网络（使放大电路的输入信号等于反馈信号。）（使放大电路的输入信号等于反馈信号。）3.3.选频网络选频网络（只对一个频率满足振荡条件，从而获得单一频率（只对一个频率满足振荡条件，从而
4、获得单一频率的正弦波输出。确定电路的振荡频率。）的正弦波输出。确定电路的振荡频率。）（三）正弦波振荡器的一般组成（三）正弦波振荡器的一般组成 4.稳幅环节稳幅环节（非线性环节，电路易于起振且输出信号幅值稳定。）（非线性环节，电路易于起振且输出信号幅值稳定。）分类分类：采用选频网络所用元件来命名采用选频网络所用元件来命名，RC：1MHz以下以下LC:1MHz以上以上石英晶体石英晶体:1MHz以上，频率稳定度高。以上，频率稳定度高。（四）分析步骤和方法（四）分析步骤和方法1、电路是否包含四个部分、电路是否包含四个部分2、放大电路是否正常工作。、放大电路是否正常工作。（Q点、动态信号输入、输出）点、
5、动态信号输入、输出）3、相位条件是否满足。、相位条件是否满足。（瞬时极性法判断，（瞬时极性法判断，Ui和和Uf极性相同）极性相同）4、幅值条件，即起振条件。、幅值条件，即起振条件。5、估算振荡频率。、估算振荡频率。二、二、RC正弦波正弦波振荡电路振荡电路（一）（一）RC 串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性R1C1 串联阻抗：串联阻抗：R2C2 并联阻抗：并联阻抗：选频特性：选频特性：1.定性分析：定性分析：（1）当信号的频率很低时。）当信号的频率很低时。R1R2其低频等效电路为：其低频等效电路为：其频率特性为：其频率特性为：当当=0时，时，uf=0，F=0 =+90当当时，时，uf=，F
6、 0|F|0F90（2）当信号的频率很高时。）当信号的频率很高时。R1R2其高频等效电路为：其高频等效电路为：其频率特性为：其频率特性为：当当=时，时，uf=0，F=0 =-90当当时，时，uf=，F 0|F|0F-900=？Fmax=？由由以上分析知：一定有一个频率以上分析知：一定有一个频率0存在，存在，当当=0时，时，F最大，且最大，且 =00|F|0F900|F|0F-902.定量分析定量分析R1C1 串联阻抗：串联阻抗：R2C2 并联阻抗：并联阻抗：频率特性：频率特性：通常，取通常，取R1R2R，C1C2C，则有：则有：式中：式中：可见：当可见：当 时，时，F最大，且最大，且 =0 F
7、max=1/3RC串并联网络完整的频率特性曲线：串并联网络完整的频率特性曲线：当当 时，时，F=Fmax=1/3F+90|F|（二）（二）RC桥式振荡器的工作原理：桥式振荡器的工作原理：在在 f0 处处满足相位条件：满足相位条件：因为：因为：AF=131=F11f+=RRA1f2RR=只需：只需：A=3输出正弦波频率输出正弦波频率：振幅条件：振幅条件：引入负反馈：引入负反馈：选：选：例题例题:R=1k=1k，C=0.1=0.1 F F，R1 1=10k=10k。Rf f为多大时才为多大时才能起振？振荡频率能起振？振荡频率f0 0=？AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=2 10
8、20k k=1592 Hz起振条件：起振条件：能自动稳幅的振荡电路能自动稳幅的振荡电路半导体热敏电阻半导体热敏电阻(负温度系数）负温度系数）起振时起振时Rt较大较大 使使A3,易起振。易起振。当当uo幅度自激幅度自激增长时，增长时，Rt减减小，小，A减小。减小。当当uo幅度达某幅度达某一值时，一值时，A3。当当uo进一步增进一步增大时，大时，RT再减再减小小,使使A UREF时时,uo=+Uom当当ui UREF时时,uo=-Uom 运放处于运放处于开环状态开环状态uoui0+Uom-UomUREF当当ui UREF时时,uo=-Uom 若若ui从反相端输入从反相端输入uoui0+UZ-UZ
9、1）用稳压管稳定输出电压）用稳压管稳定输出电压3.限幅电路限幅电路使输出电压为一稳定的确定值使输出电压为一稳定的确定值当当ui 0时时,uo=+UZ当当ui 0时时,uo=-UZ当当ui 0时时,uo=+UZ 电路中存在非线性负反馈元件，运放工作在线性状态电路中存在非线性负反馈元件，运放工作在线性状态（二）（二）迟滞比较器迟滞比较器1.工作原理工作原理两个门限电压。两个门限电压。特点特点:电路中使用正反馈电路中使用正反馈运放工作在非线性区。运放工作在非线性区。（1）当）当uo=+UZ时，时，（2）当）当uo=-UZ时，时，UT+称称上门限电压上门限电压UT-称称下门限电压下门限电压UT+-U
10、T-称为回差称为回差电压电压迟滞比较器的电压传输特性：迟滞比较器的电压传输特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-设设ui ,当当ui=UT+时时,uo从从+UZ -UZ反相输入反相输入例题：例题：Rf=10k，R2=10k ，UZ=6V，UREF=10V。当输入当输入ui为如图所示的波形时，画为如图所示的波形时，画 出输出出输出uo的波形。的波形。上下限：上下限：uoui08V3V传输特性传输特性+6V-6V3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V传输特性传输特性+6V-6V1.电路结构电路结构由滞回比较电路和由滞回比较电路和RC定时电路构成定时电路构成上下限上下限:8.3 8.3 非
11、正弦波发生电路非正弦波发生电路（一）方波发生器（一）方波发生器2.工作原理：工作原理：(1)设设 uo=+UZ,此时，此时，uc UT+,就有就有 u-u+,uo 立即由立即由UZ变成变成UZ。在在 uc UT+时，时，u-u u+,C向向u uO O放电放电,再反向充电再反向充电(2)当当uo =-UZ 时，时，u+=UT-uc达到达到UT-时，时，uo上跳上跳为为+U+UZ Z。UT+uctUT-当当uo 重新回到重新回到UZ 后，电路又进入另一个周期性的变化。后，电路又进入另一个周期性的变化。-UZ在在 uc UT-时，时，uo保持保持-UZ不变不变0UT+uctUT-+UZuo0t -
12、UZT完整的波形：完整的波形：周期与频率的计算：周期与频率的计算：0 UT+uct UT-+UZ -UZT1T2Tuc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e ,=RC-t T2阶段阶段uc(t)的过渡过程方程为的过渡过程方程为:f =1/T可推出可推出:T=T1+T2=2 T2 3 3、占空比可占空比可调的方波的方波发生器生器UZuo0t-UZ 改变电位器改变电位器 RW 的滑动端，就改变了冲放电的时间，从的滑动端，就改变了冲放电的时间，从而使方波的占空比可调。而使方波的占空比可调。(二）二）三角波及锯齿波信号发生器三角波及锯齿波信号发生器电路结构：电路结构：同相迟滞比较器同相迟滞比较器
13、反相积分器反相积分器1.三角波发生器三角波发生器工作原理工作原理：若若u+0,uo1=+UZ，uo2，u+。当当u+0时，时，uo1翻转为翻转为-UZ。若若u+0,uo1=-UZ，uo2，u+。当当u+0时，时，uo1翻转为翻转为+UZ。波形图波形图振荡周期：振荡周期：0UT+uo2tUT-+UZuo10t -UZT输出三角波输出三角波信号幅度：信号幅度：2.锯齿波发生器锯齿波发生器改变积分器的正反向充改变积分器的正反向充电时间常数电时间常数uo1=+UZ，D截止，截止，充电时间常充电时间常数：数：R4C。uo1=-UZ，D导通，导通，充电时间常充电时间常数：数：(R6R4)C。+UZuo10t -UZ R6R4
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