模電波形的產(chǎn)生與變換PPT課件

1、8.1 正弦波振蕩器的基本原理正弦波振蕩器的基本原理一一. 產(chǎn)生自激振蕩的條件產(chǎn)生自激振蕩的條件fidXXX-=只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。+Xi f基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡FX+doXX改成正反饋改成正反饋+第1頁/共81頁如果：,dfXX=則去掉,iX仍有信號輸出。即反饋信號代替了放大電路的輸入信號。Xi +f基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡FX+doXXfidXXX+=第2頁/共81頁AF=1Xd=Xf所以，自激振蕩條件也可以寫成：自激振蕩的條件：（1）振幅條件：1|=AF（2）相位條件：pjjnFA2=+n是整數(shù)1.=FAAAAj=|因為：FFFj=|.Xdof

2、基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡FXX第3頁/共81頁二二.起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件：結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩1| FA（略大于）1 1、被動：利用放大器的限幅特性2 2、主動：在電路中加入穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電路的環(huán)路增益穩(wěn)幅過程：穩(wěn)幅措施：Xdof基本放大器基本放大器A反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡FXX干擾、噪聲中選擇所需的頻率成分起振時，1| FA穩(wěn)定振蕩時，1|= = FA第4頁/共81頁 1.1.基本放大電路 A 三三. . 正弦波振蕩器的組成正弦波振蕩器的組成2.2.正反饋網(wǎng)絡 F3.3.選頻網(wǎng)絡4.4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 使電路易于起振又能穩(wěn)定振蕩，波形失真小RC，LC，晶體A與

3、F首尾相連正弦波振蕩器命名RCLC低頻高頻晶體穩(wěn)頻幾百KHzKHz以下幾百KHzKHz至幾百MHzMHz振蕩頻率穩(wěn)定第5頁/共81頁四四. . 振蕩電路的分析方法振蕩電路的分析方法判斷能否產(chǎn)生振蕩的一般方法(1). 檢查電路的基本組成(4). 用相位平衡條件判定電路能否振蕩。將電路在放大器輸入端斷開，利用瞬時極性法判斷電路是否是正反饋 (2). 檢查放大電路是否正常工作(3). 分析是否滿足振蕩產(chǎn)生的幅值平衡條件。 一般|AF|應略大于1第6頁/共81頁8 . 2 RC正弦波正弦波振蕩電路振蕩電路 8.2.1、RC橋式振蕩電路 8.2.2、RC移相式振蕩電路第7頁/共81頁8.2.1 RC橋式

4、橋式振蕩電路振蕩電路RC橋式振蕩器結(jié)構(gòu)圖基本放大器A正反饋網(wǎng)絡F選頻網(wǎng)絡運放的限幅特性uRf1RRRCCufA+oRC 串并聯(lián)網(wǎng)絡第8頁/共81頁一一. RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡的選頻特性串并聯(lián)網(wǎng)絡的選頻特性R1C1 串聯(lián)阻抗：串聯(lián)阻抗：)j/1(111CRZ + += =222222j1 )j/1/(CRRCRZ + += = =R2C2 并聯(lián)阻抗：并聯(lián)阻抗：選頻特性(傳輸增益)+Ru+-o-fu+12RC12C212ofZZZUUF+ += = =.第9頁/共81頁1.定性分析：定性分析：（1）當信號的頻率很低時）當信號的頻率很低時R111CR221C其低頻等效電路為：其低頻等效電路為：其頻率特性

5、為：其頻率特性為：當當=0時，時，uf=0，F(xiàn)=0 =+90Fj當當時，時，uf=，F(xiàn) Fj+fo-+R21u-uC+0 |F|0 F90+Ru+-o-fu+12RC12C.ofUUF= =.第10頁/共81頁（2）當信號的頻率很高時）當信號的頻率很高時R111CR221C其高頻等效電路為：其高頻等效電路為：其頻率特性為：其頻率特性為：當當=時，時，uf=0，F(xiàn)=0 =-90Fj當當時，時，uf=，F(xiàn) Fj+ou-f-u+2C+1R0 |F|0 F-90+Ru+-o-fu+12RC12C第11頁/共81頁0=？ Fmax=？由以上分析知：一定有一個頻率由以上分析知：一定有一個頻率0存在，存在，

6、當當=0時，時，F(xiàn)最大，且最大，且 =0Fj0 |F|0 F900 |F|0 F-90第12頁/共81頁2. 定量分析定量分析)j/1 (111CRZ+=222222j1 )j/1/(CRRCRZ+=R1C1 串聯(lián)阻抗：串聯(lián)阻抗：R2C2 并聯(lián)阻抗：并聯(lián)阻抗：頻率特性：+Ru+-o-fu+12RC12C212ofZZZUUF+ += = =.)1j()1 (1j1j1j11221211222211222CRCRRRCCCRRCRCRR-+=+=第13頁/共81頁)1j()1(1j1j1j11221211222211222CRCRRRCCCRRCRCRRF - -+ + + += =+ + +

7、+ += = 通常，取R1R2R，C1C2C，則有：)j(3100 - -+ += = F式中：RC10= = 可見：當 時， F最大，且 =0RC10=Fj Fmax=1/3+Ru+-o-fu+12RC12C+Ru+-o-fu+RCC第14頁/共81頁RC串并聯(lián)網(wǎng)絡完整的頻率特性曲線：RC10= = 當 時， F= Fmax=1/30F=jRC10=RCfp p210= = Fo +90o |F|1/32002)(31|-+=F3)(arctg00j-=F)j(3100 - -+ += = F第15頁/共81頁二.RC橋式振蕩器的工作原理0=Aj在 f0 處,0=Fj滿足相位條件：因為：AF

8、=131=F11f+=RRA1f2RR =只需：A=3輸出正弦波頻率輸出正弦波頻率：RCfp210=0=+FAjj振幅條件：uRf1RRRCCufA+o引入負反饋：選：第16頁/共81頁例題: :R=1k=1k ，C=0.1=0.1 F F，R1 1=10k=10k 。Rf f為多大時才能起振？振蕩頻率f0 0= =？ AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=2 10=20k k RCfp210=1592 Hz起振條件：uRf1RRRCCufA+o第17頁/共81頁能自動穩(wěn)幅的振蕩電路半導體熱敏電阻半導體熱敏電阻(負溫度系數(shù)）負溫度系數(shù)）起振時Rt較大 使A3,易起振。 當uo幅

9、度自激增長時， Rt減小，A減小。 當uo幅度達某一值時， A3。 當uo進一步增大時， Rt再減小 ,使A3。 因此uo幅度自動穩(wěn)定于某一幅值。u0.1u10k0.1u+Afu10k10k39k100kotRfHz15910102121740=-RCf第18頁/共81頁能自動穩(wěn)幅的振蕩電路 起振時起振時D1、D2不導通，不導通，Rf1+Rf2略大于略大于2R1。隨著。隨著uo的增加，的增加， D1、D2逐漸導通，逐漸導通，Rf2被短接，被短接，A自動自動下降，起到穩(wěn)幅作用。下降，起到穩(wěn)幅作用。 將Rf分為Rf1 和Rf2 ， Rf2并聯(lián)二極管并聯(lián)二極管u12ARCo1RR+C.+D1D2Rf

10、1f2R第19頁/共81頁RC橋式振蕩電路仿真第20頁/共81頁仿真電路結(jié)果第21頁/共81頁K：雙聯(lián)波段開關，：雙聯(lián)波段開關，切換切換R，用于，用于粗調(diào)振蕩頻率。粗調(diào)振蕩頻率。C：雙聯(lián)可調(diào)電容，改變雙聯(lián)可調(diào)電容，改變C，用于細調(diào)振蕩頻率。用于細調(diào)振蕩頻率。振蕩頻率的調(diào)節(jié)：振蕩頻率的調(diào)節(jié)：_+ + RfuoRCCR1 1KKR1R1R2R2R3R3振蕩頻率：振蕩頻率：RCfp210=第22頁/共81頁三三.RC移相式振蕩電路移相式振蕩電路 基本放大器A正反饋網(wǎng)絡F移相式選頻網(wǎng)絡1第23頁/共81頁+uofuRRRCCCRC超前移相電路超前移相電路 +uouf+RRRCCCRC滯后移相電路滯后移

11、相電路 Fo +90+180+2700 Fo -90-180-2700移相網(wǎng)絡的選頻特性：移相網(wǎng)絡的選頻特性：RCf6210p p= =RC610= = 第24頁/共81頁基本放大器A正反饋網(wǎng)絡FRC移相式振蕩電路的工作原理移相式振蕩電路的工作原理相位條件：o180= =Aj j在 f0 處o180= =Fj jo360= =+ +FAj jj j滿足相位條件：幅值條件:很易滿足RCf6210p p= =振蕩頻率：u+A+/ /= =/oR2R1R0RRCCCufRRR01R1第25頁/共81頁判斷電路能否產(chǎn)生振蕩CRCCRT1T2Re1Re2Rc2Rc1Rb1VCCCCT1T2Re1Re2R

12、c2Rc1Rb1VCC第26頁/共81頁判斷電路能否產(chǎn)生振蕩CCT1T2Re1Re2Rc1Rb1VCCCRRReR1R2R4R3RRRCCCVCC-VEE第27頁/共81頁RC正弦波振蕩器共同點正弦波振蕩器共同點1. 結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，經(jīng)濟可靠；2. 振蕩頻率與RC的乘積成反比，如果需要振蕩頻率較高時，要求R，C值較小，實現(xiàn)困難。3. RC選頻網(wǎng)絡的選頻特性較差。第28頁/共81頁變壓器反饋式電感三點式電容三點式分類8.3 LC 正弦波振蕩電路 由于LC振蕩電路的振蕩頻率很高，放大電路的帶寬會影響振蕩頻率。一般集成運放頻帶較窄，所以LC振蕩電路中的放大器一般采用高頻BJT分離元件組成，而且B

13、JT放大器的組態(tài)多用共基極接法。結(jié)構(gòu)上：選頻網(wǎng)絡由L和C元件組成，一般作為放大器的負載，使放大環(huán)節(jié)具有選頻特性。第29頁/共81頁1. LC并聯(lián)諧振回路的選頻特性R為電感線圈中的損耗電阻為電感線圈中的損耗電阻等效阻抗： CL001 = =并聯(lián)諧振 ：LC10= =諧振頻率 RCLZ = =0諧振阻抗LC10= =RCLZZ= = =0(阻值最大阻值最大且為純阻且為純阻)1j(jj1)j(j1CLRCLLRCLRCIUZ - -+ += =+ + + + = = -+LCRiCiLiuZ一、 LC并聯(lián)諧振回路第30頁/共81頁LC 并聯(lián)回路的基本特性)1(CLjRCLZ-+=b. 諧振時的等效阻

14、抗CQLQRCLZ000 =CLRRCRLQ1100= Q: 回路品質(zhì)因數(shù),用來評價回路損耗的大小, 一般為幾十到幾百a. 諧振頻率LC10=LCfp210=第31頁/共81頁LC10= = RCLZZ= = =0|(阻性阻性)幅頻特性 相頻特性Q值越高，則幅頻特性越尖銳，選頻特性越好。LC并聯(lián)諧振回路的特性曲線)21(0LCfp p= =0= = （最大值（最大值)CLRQ1= =品質(zhì)因數(shù) 由相頻特性可由相頻特性可知，當知，當 0 0時，由于時，由于L1/L UREF時 , uo = +Uom當ui UREF時 , uo = -Uom 運放處于運放處于開環(huán)狀態(tài)開環(huán)狀態(tài)uuU+i-uuAORE

15、F第60頁/共81頁uoui0+Uom-UomUREF當ui UREF時 , uo = -Uom 若ui從反相端輸入第61頁/共81頁uoui0+UZ-UZ（1）用雙向穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓）用雙向穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓忽略了忽略了UD3. 限幅電路限幅電路使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值uuZ+O+-AuZ+DuRi當ui 0時 , uo = +UZ當ui 0時 , uo = -UZ當ui 0時 , uo = +UZ 電路中存在非線性負反饋元件，運放工作在線性狀態(tài)對于單門限比較器，如果輸入在門限電平附近波動時，輸出將不斷在高、低電平之間跳變。第63頁/共81頁二二. 遲滯遲滯(滯

16、回滯回)比較器比較器1.工作原理工作原理兩個門限電壓。兩個門限電壓。特點特點:電路中使用正反饋電路中使用正反饋運放工作在非線性區(qū)。運放工作在非線性區(qū)。（1）當）當uo =+UZ時，時，（2）當）當uo =-UZ時，時，REFZURRRURRRUu2ff2f2T+ + + += = =+ + +REFZURRRURRRUuf2ff22T+ + + +- -= = =- -+ +UT+稱稱上門限電壓上門限電壓UT-稱稱下門限電壓下門限電壓UT+- UT-稱為回差稱為回差電壓電壓uuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R2疊加原理！疊加原理！第64頁/共81頁遲滯比較器的電壓傳輸特性：遲滯比較

17、器的電壓傳輸特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-設設ui , 當當ui = UT+時時, uo從從+UZ -UZuuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R2主要特點：抗干擾能力強。當輸入信號受干擾或噪聲的影響而上下波動的時候，只要根據(jù)噪聲或干擾的電平適當調(diào)整兩個閾值電壓就可以避免輸出電壓在高低電平之間反復跳變。第65頁/共81頁例題：Rf=10k ，R2=10k ，UZ=6V， UREF=10V。當輸入ui為如圖所示的波形時，畫 出輸出uo的波形。上下門限電壓：上下門限電壓：V82ff2f2T= =+ + + += =+ +RZURRRURRRUV32ff2f2T= =+ + + +

18、- -= =- -RZURRRURRRUuoui08V3V傳輸特性傳輸特性+6V-6VuuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R2第66頁/共81頁3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V傳輸特性傳輸特性+6V-6VuuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R2第67頁/共81頁8.6 方波發(fā)生器1.電路結(jié)構(gòu)由滯回比較電路和RC定時電路構(gòu)成ZURRRUf11T+ += =+ +ZURRRUf11T+ +- -= =- -上下門限電壓上下門限電壓:u+A+-u+u1RfRZRZDORCuC第68頁/共81頁2.工作原理：(1) 設 uo = + UZ , 此時，uo給C 充電,

19、uc ，則：u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦一旦 uc UT+ , 就有就有 u- u+ , uo 立即由立即由UZ變成變成UZ在在 uc UT+ 時，時，u- u+ , 設uC初始值uC(0+)= 0方波發(fā)生器方波發(fā)生器uo保持保持+UZ不變不變+UZu+A+-u+u1RfRZRZDORCuC第69頁/共81頁此時，C向u uO O放電, ,再反向充電(2) 當uo = -UZ 時，u+=UT-uc達到UT-時，uo上跳。UT+uctUT-當uo 重新回到UZ 后，電路又進入另一個周期性的變化。-UZu+A+-u+u1RfRZRZDORCuC第70頁/共81頁0UT+uct

20、UT-+UZuo0t - UZT完整的波形：計算振蕩周期T。u+A+-u+u1RfRZRZDORCuC第71頁/共81頁周期與頻率的計算：0 UT+uct UT- +UZ -UZT1T2TT= T1 + T2 =2 T2 uc(t)=UC ( )+ UC (0+) -UC ( ) e , =RC-t T2階段階段uc(t)的過渡過程方程為的過渡過程方程為:)21ln(2f1RRRCT+ += =f = 1/T可推出可推出:u+A+-u+u1RfRZRZDORCuC第72頁/共81頁3 3、占空比可調(diào)的方波發(fā)生器占空比可調(diào)的方波發(fā)生器UZuo0t- UZ 改變電位器改變電位器 RW 的滑動端，就

21、改變了沖放電的的滑動端，就改變了沖放電的時間，從而使方波的占空比可調(diào)。時間，從而使方波的占空比可調(diào)。u+A+-u+u1RfRZRZD1D2DORWRCuC第73頁/共81頁8.7 三角波及鋸齒波信號發(fā)生器三角波及鋸齒波信號發(fā)生器電路結(jié)構(gòu)：遲滯比較器+反相積分器一. 三角波發(fā)生器u+R+A1+RZ-2ZDu4Ro2+R1R35RCuuo1A2工作原理工作原理：若若uo1=+UZ， uo2， u+ 。)(0dt12o01o42o+ + +- -= = uuCRut2o2121o211uRRRuRRRu+ + + += =+ + 當當u+ 0時，時， uo1翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為-UZ。若若uo1=-UZ，

22、uo2， u+ 。 當當u+ 0時，時， uo1翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為+UZ。第74頁/共81頁波形圖振蕩周期：0UT+uo2tUT-+UZuo10t - UZTuR-+Z+uRR+12A1u4R+CA2RZD5+uo1o2ZTURRU21= =+ +ZTURRU21- -= =- -2414RCRRT = =第75頁/共81頁 二二.鋸齒波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器改變積分器的正反向充電時間常數(shù)uZo1Ro23Zu+RR5+Du4uRA1-R+1A2+2C+RD6Ruo1=+UZ，D截止，截止，充電時間常數(shù)：R4C。uo1=-UZ，D導通，導通，充電時間常數(shù)：(R6R4)C。+UZuo10t - UZ R6R4第76頁/共81頁本章小結(jié)本