第八章波形的發(fā)生和信號的轉換

1、(1-1)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-1)第八章第八章波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎(1-2)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-2)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8.4 8.4 利用集成運放實現(xiàn)的信號轉換電路利用集成運放實現(xiàn)的信號轉換電路8.5 8.5 鎖相環(huán)及其在信號轉換電路中的應用鎖相環(huán)及其在信號轉換電路中的應用第八章波形的發(fā)生和第八章波形的發(fā)生和變換電路變換電路(1-3)第第8

2、 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-3)8.1.1概述概述fidXXX改成正反饋改成正反饋只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。基本放大基本放大電路電路Ao反饋電路反饋電路FiX+dXoXfX8.1正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路(1-4)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-4)如果：如果：,ifXX則去掉則去掉,iX仍有信號輸出。仍有信號輸出?；痉糯蠡痉糯箅娐冯娐稟o反饋電路反饋電路FdXoXfX反饋信號代替了放大反饋信號代替了放大電路的輸入信號。電路的輸入信號?；痉糯蠡痉糯箅娐冯娐稟o反饋電路反饋電路FiX

3、+dXoXfX(1-5)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-5)一、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件一、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件fidofdooXXXXFXXAXFAAXXAooioF1基本放大基本放大電路電路Ao反饋電路反饋電路FiX+dXoXfX(1-6)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-6)FAo=1自激振蕩的條件自激振蕩的條件基本放大基本放大電路電路Ao反饋電路反饋電路FdXoXfXoffdXFXXX,oodooXFAXAX(1-7)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-7)FAAAooF1如果：如果：FoAFA

4、:01則(1)正反饋足夠強正反饋足夠強,輸入信號為輸入信號為0時仍有信號輸出，時仍有信號輸出，這就是產(chǎn)生了自激振蕩。這就是產(chǎn)生了自激振蕩。(2)要獲得非正弦自激振蕩要獲得非正弦自激振蕩,反饋回路中必須有反饋回路中必須有RC積分電路。例如：前面介紹的方波發(fā)生積分電路。例如：前面介紹的方波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、鋸齒波發(fā)生器等。器、三角波發(fā)生器、鋸齒波發(fā)生器等。)()(FA、(3)要獲得正弦自激振蕩要獲得正弦自激振蕩,反饋回路中必須有選頻反饋回路中必須有選頻電路。所以將放大倍數(shù)和反饋系數(shù)寫成：電路。所以將放大倍數(shù)和反饋系數(shù)寫成：(1-8)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(

5、8-8)自激振蕩的條件：自激振蕩的條件：1)()(FA因為：因為：AAA|)(FFF|)(所以，自激振蕩條件也可以寫成：所以，自激振蕩條件也可以寫成：（1）振幅條件：）振幅條件：1|AF（2）相位條件：）相位條件：nFA2n是整數(shù)是整數(shù)相位條件相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋；意味著振蕩電路必須是正反饋；振幅條件振幅條件可以通過調整放大電路的放大倍數(shù)達到?？梢酝ㄟ^調整放大電路的放大倍數(shù)達到。(1-9)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-9)問題問題1：如何啟振？如何啟振？Uo是振蕩器的電壓輸出幅度，是振蕩器的電壓輸出幅度，B是要求輸出的幅是要求輸出的幅度。起振時

6、度。起振時Uo=0，達到穩(wěn)定振蕩時，達到穩(wěn)定振蕩時Uo=B。放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動，這些擾動可分放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動，這些擾動可分解為各種頻率的分量，其中也包括有解為各種頻率的分量，其中也包括有fo分量。分量。選頻網(wǎng)絡：選頻網(wǎng)絡：把把fo分量選出，把其他頻率的分量分量選出，把其他頻率的分量衰減掉。這時，只要：衰減掉。這時，只要：|AF|1，且，且 A+ B=2n ，即可起振。即可起振。振蕩器起振過振蕩器起振過程程仿真仿真(1-10)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-10)問題問題2：如何穩(wěn)幅？如何穩(wěn)幅？起振后，輸出將逐漸增大，若不采取穩(wěn)幅，這起振后

7、，輸出將逐漸增大，若不采取穩(wěn)幅，這時若時若|AF|仍大于仍大于1，則輸出將會飽和失真。，則輸出將會飽和失真。達到需要的幅值后，將參數(shù)調整為達到需要的幅值后，將參數(shù)調整為AF=1，即可穩(wěn)幅。即可穩(wěn)幅。具體方法將在后面具體電路中介紹。具體方法將在后面具體電路中介紹。起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：起振并能穩(wěn)定振蕩的條件：111AFBUAFBUAFBUooo時，時，時，(1-11)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-11)二、正弦波振蕩電路的組成及分類二、正弦波振蕩電路的組成及分類(1)放大電路放大電路:保證電路能夠有從起振到動態(tài)平衡的保證電路能夠有從起振到動態(tài)平衡的過程過程,

8、使電路獲得一定幅值的輸出量使電路獲得一定幅值的輸出量,實現(xiàn)能量的控實現(xiàn)能量的控制。制。1.正弦波振蕩電路必須由以下四個部分組成正弦波振蕩電路必須由以下四個部分組成:(2)選頻網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡:確定電路的振蕩頻率確定電路的振蕩頻率,使電路產(chǎn)生使電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩單一頻率的振蕩,即保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。即保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。(3)正反饋網(wǎng)絡正反饋網(wǎng)絡:引人正反饋引人正反饋,使放大電路的輸入信使放大電路的輸入信號等于反饋信號號等于反饋信號。(1-12)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-12)(4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié):也就是非線性環(huán)節(jié)也就是非線性環(huán)節(jié),作用是使輸出作

9、用是使輸出信號幅值穩(wěn)定。信號幅值穩(wěn)定。2.正弦波振蕩電路的分類正弦波振蕩電路的分類:正弦波振蕩電路常用正弦波振蕩電路常用選頻網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡所用元件來命所用元件來命名名,分為分為RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路、LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路和和石英晶體正弦波振蕩電路石英晶體正弦波振蕩電路三種類型。三種類型。RC正弦波振蕩電路的振蕩頻率較低正弦波振蕩電路的振蕩頻率較低,一般在一般在1MHz以下以下;LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率多在正弦波振蕩電路的振蕩頻率多在1MHz以上以上;石英晶體正弦波振蕩電路也可等效為石英晶體正弦波振蕩電路也可等效為LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路,其特點是振蕩頻率非常穩(wěn)定

10、。其特點是振蕩頻率非常穩(wěn)定。(1-13)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-13)(1)觀察電路是否包含了放大電路、選頻網(wǎng)絡、觀察電路是否包含了放大電路、選頻網(wǎng)絡、正反饋網(wǎng)絡和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四個組成部分。正反饋網(wǎng)絡和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四個組成部分。三、判斷電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的三、判斷電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的方法和步驟方法和步驟(3)利用瞬時極性法判斷電路是否滿足正弦波振利用瞬時極性法判斷電路是否滿足正弦波振蕩的相位條件。蕩的相位條件。(2)判斷放大電路是否能夠正常工作判斷放大電路是否能夠正常工作,即是否有合即是否有合適的靜態(tài)工作點且動態(tài)信號是否能夠輸入、輸出適的靜態(tài)工

11、作點且動態(tài)信號是否能夠輸入、輸出和放大。和放大。(4)判斷電路是否滿足正弦波振蕩的幅值條件判斷電路是否滿足正弦波振蕩的幅值條件,即是即是否滿足起振條件。否滿足起振條件。(1-14)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-14)8.1.2RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路用用RC電路構成選頻網(wǎng)絡的振蕩電路即所謂的電路構成選頻網(wǎng)絡的振蕩電路即所謂的RC振振蕩電路，可選用的蕩電路，可選用的RC選頻網(wǎng)絡有多種，這里只介選頻網(wǎng)絡有多種，這里只介紹紹文氏橋選頻電路文氏橋選頻電路。R1C1R2C2iUoU一、一、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(1-15)第第8 8章章 波形的發(fā)生和

12、信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-15)1()1(112211221CRCRjCCRRUUio 1221212CRfCRfoo 時，相移為時，相移為0 0。R1C1R2C2iUoU(1-16)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-16)212121CCRRfo如果：如果：R1=R2=R，C1=C2=C，則：，則：RCfo21)(31ffffjUUooio )(ffffarctgoo 31 22)(31ffffUUooio 傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：相頻特性：相頻特性：幅頻特性：幅頻特性：fofioUU31+90 90 f0(1-17)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的

13、轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-17)二、二、RC橋式正弦波振蕩電路橋式正弦波振蕩電路0A所以，要滿足相位所以，要滿足相位條件，只有在條件，只有在fo處處0F因為：因為：1AF122RR uo_+ + R2RCRCR1121RRA31112FRRA(1-18)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-18)能自行啟動的電路（能自行啟動的電路（1）uotRTA半導體半導體熱敏電阻熱敏電阻起振時，起振時，RT略大于略大于2R1，使使|AF|1，以便起振；，以便起振；_+ + RTRCRCR1t uo起振后，起振后，uo逐漸增大則逐漸增大則RT逐漸減小，使得輸出逐漸減小，使得

14、輸出uo為某值時，為某值時，|AF|=1，從而穩(wěn)幅。從而穩(wěn)幅。(1-19)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-19)能自行啟動的電路（能自行啟動的電路（2）R22為一小電阻，為一小電阻，使使(R21+R22)略大于略大于2R1，|AF|1，以，以便起振；便起振；_+ + R21RCCR1R22D1D2隨著隨著uo的增加，的增加，R22逐漸被短接，逐漸被短接，A自動自動下降到使下降到使|AF|=1，使，使得輸出得輸出uo穩(wěn)定在某值。穩(wěn)定在某值。(1-20)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-20)輸出頻率的調整：輸出頻率的調整：RCfo

15、21通過調整通過調整R或或/和和C來調整頻率。來調整頻率。_+ + RFuoRCCRKKR1R1R2R2R3R3C：雙聯(lián)可調電：雙聯(lián)可調電容，改變容，改變C，用于細調振用于細調振蕩頻率。蕩頻率。K：雙聯(lián)波段開：雙聯(lián)波段開關，切換關，切換R，用于粗調振用于粗調振蕩頻率。蕩頻率。三、振蕩頻率可調的三、振蕩頻率可調的RC橋式正弦波振蕩電路橋式正弦波振蕩電路(1-21)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-21)電子琴的振蕩電路：電子琴的振蕩電路：2121RRCfo_+ + RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21(1-22)第第8

16、 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-22)四、用分立元件組成的四、用分立元件組成的RC振蕩器（振蕩器（補充介紹補充介紹）RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+ube RC網(wǎng)絡正反饋，網(wǎng)絡正反饋，RF、RE1組成負反饋，調整到組成負反饋，調整到合適的參數(shù)則可產(chǎn)生振蕩。合適的參數(shù)則可產(chǎn)生振蕩。(1-23)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-23)8.1.3LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路LC振蕩電路的選頻電路由電感和電容構成，振蕩電路的選頻電路由電感和電容構成，可以產(chǎn)生高頻振蕩。由于高頻運放價格較高，

17、所可以產(chǎn)生高頻振蕩。由于高頻運放價格較高，所以一般用分立元件組成放大電路。本節(jié)只對以一般用分立元件組成放大電路。本節(jié)只對LC振振蕩電路做一簡單介紹，重點掌握相位條件的判別。蕩電路做一簡單介紹，重點掌握相位條件的判別。一、一、LC諧振回路的頻率特性諧振回路的頻率特性(1-24)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-24)LCo1RCLZoiCLQIIIRLQoLCfo21諧振時回路電流諧振時回路電流比總電流大的多，比總電流大的多，外界對諧振回路外界對諧振回路的影響可以忽略！的影響可以忽略！CLRiUILI(1-25)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信

18、號的轉換(8-25)由由LC諧振回路構成的選頻放大電路：諧振回路構成的選頻放大電路：(1-26)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-26)二、變壓器反饋式振蕩電路二、變壓器反饋式振蕩電路1.工作原理工作原理圖8.1.13 在選頻放大電路中引正反饋(1-27)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-27)變壓器反饋式振蕩電路：變壓器反饋式振蕩電路：圖8.1.14 變壓器反饋式振蕩電路(1-28)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-28)變壓器反饋式振蕩電路的交流通路：變壓器反饋式振蕩電路的交流通路：圖8.1.1

19、5 變壓器反饋式振蕩 電路的交流通路(1-29)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-29)2.振蕩頻率及起振條件振蕩頻率及起振條件變壓器反饋式振蕩電路的交流等效電路：變壓器反饋式振蕩電路的交流等效電路：圖8.1.16變壓器反饋式振蕩電路的交流等效電路(1-30)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-30)振蕩頻率及起振條件的分析：振蕩頻率及起振條件的分析：211)(IMjILjRUo 變壓器原邊變壓器原邊變壓器副邊變壓器副邊212LjRIMjIi 整理可得整理可得11)(ILjRUo 其中其中222222211222222LLRMLLR

20、LRMRRiii (1-31)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-31)其品質因數(shù)其品質因數(shù)CLRQ11 當當Q1時，振蕩頻率為時，振蕩頻率為CLf1021 beibcrUQIQIQI 1iiiffRLjRIMjRIU 2010 iRL 20 beifrUMQIMU 010 (1-32)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-32)根據(jù)根據(jù)1 ifofioUUUUUUFAMQrbe0 得得MCRrbe 3.優(yōu)缺點優(yōu)缺點（1）易于起振）易于起振（2）輸出電壓失真小）輸出電壓失真?。?）應用范圍廣）應用范圍廣（4）耦合不緊、損耗大、振蕩頻率穩(wěn)

21、定性不高）耦合不緊、損耗大、振蕩頻率穩(wěn)定性不高(1-33)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-33)三、電感反饋式振蕩電路（電感三點式）三、電感反饋式振蕩電路（電感三點式）1.電路組成電路組成圖圖8.1.17電感反饋式振蕩電路電感反饋式振蕩電路2.工作原理工作原理(1-34)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-34)圖圖8.1.18電感反饋式振蕩電路的交流通路電感反饋式振蕩電路的交流通路(1-35)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-35)例：例：正反饋正反饋頻率由頻率由C、L1、L2諧振網(wǎng)諧振網(wǎng)絡決定。

22、絡決定。+UCCCC1L1L2C2uL1uL2uC設設uB uC uD uB uL2 ube uL1 D(1-36)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-36)3.振蕩頻率和起振條件振蕩頻率和起振條件圖圖8.1.19電感反饋式振蕩電路的交流等效電路電感反饋式振蕩電路的交流等效電路(1-37)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-37)CMLLf)2(21210 振蕩頻率振蕩頻率反饋系數(shù)反饋系數(shù)MLMLMjLjMjLjUUFof 1212 2FRRii iLLRRR /beLurRA (1-38)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的

23、發(fā)生和信號的轉換(8-38)根據(jù)根據(jù)1FA得起振條件得起振條件LbeRrMLML21通常應通過實驗確定通常應通過實驗確定N2與與N1的比值，一般在的比值，一般在1/81/4之間。之間。4.優(yōu)缺點優(yōu)缺點（1）耦合緊、振幅大；）耦合緊、振幅大；（2）頻率調節(jié)范圍寬；）頻率調節(jié)范圍寬；（3）輸出波形中含有高次諧波。）輸出波形中含有高次諧波。(1-39)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-39)四、電容反饋式振蕩電路（電容三點式）四、電容反饋式振蕩電路（電容三點式）1.電路組成電路組成2.工作原理工作原理圖8.1.20電容反饋式振蕩電路(1-40)第第8 8章章 波形的發(fā)

24、生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-40)正反饋正反饋設設uB uC uC1 uC2 uB 頻率由頻率由L、C1、C2組成的諧振網(wǎng)絡決定。組成的諧振網(wǎng)絡決定。+UCCC1LC2ABC+uLuC1 dtduCdtduCiCC2211uC1減小時，減小時，uC2如何變化？如何變化？設設L、C1、C2組成的諧振網(wǎng)組成的諧振網(wǎng)絡中的電流為絡中的電流為i，則，則ii(1-41)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-41)3.振蕩頻率和起振條件振蕩頻率和起振條件2121021CCCCLf 振蕩頻率振蕩頻率反饋系數(shù)反饋系數(shù)21CCUUFof 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)beLi

25、ourRUUA 2/FRRRicL (1-42)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-42)起振條件起振條件LbeRrCC12優(yōu)缺點優(yōu)缺點（1）輸出波形中高次諧波少，波形好；）輸出波形中高次諧波少，波形好；（2）頻率調節(jié)不太方便；）頻率調節(jié)不太方便；（3）頻率穩(wěn)定度受極間電容影響較大。）頻率穩(wěn)定度受極間電容影響較大。(1-43)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-43)4.穩(wěn)定振蕩頻率的措施穩(wěn)定振蕩頻率的措施（1）克拉潑）克拉潑(Clapp)振蕩器振蕩器圖8.1.22電容反饋式振蕩電路的改進(1-44)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的

26、轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-44)回路總電容回路總電容(C3C1，C3C2)332111111CCCCC振蕩器的振蕩頻率為振蕩器的振蕩頻率為302121LCLCf振蕩頻率高于振蕩頻率高于100MHz時，應采用共基放大電路時，應采用共基放大電路(1-45)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-45)圖8.1.23采用共基放大電路的電容反饋式振蕩電路(1-46)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-46)（2）席勒）席勒(Siler)振蕩器振蕩器(1-47)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-47)43432

27、11111CCCCCCC)(2121430CCLLCf振蕩器的振蕩頻率為振蕩器的振蕩頻率為回路總電容回路總電容(1-48)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-48)8.1.4石英晶體正弦波振蕩電路石英晶體正弦波振蕩電路一、石英晶體的特點一、石英晶體的特點(1-49)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-49)(1-50)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-50)壓電效應當晶體受外力作用而形變（如伸縮、壓電效應當晶體受外力作用而形變（如伸縮、切變、扭曲等）時，就在它對應的表面上產(chǎn)生正、切變、扭曲等）時，就在它

28、對應的表面上產(chǎn)生正、負電荷，呈現(xiàn)出電壓。負電荷，呈現(xiàn)出電壓。2.石英晶體的等效電路和振蕩頻率石英晶體的等效電路和振蕩頻率反壓電效應當在晶體兩端面加電壓時，晶體反壓電效應當在晶體兩端面加電壓時，晶體又會產(chǎn)生機械形變。若電壓為交變電壓，則晶體又會產(chǎn)生機械形變。若電壓為交變電壓，則晶體就會發(fā)生周期性的振動（且具有一固有諧振頻就會發(fā)生周期性的振動（且具有一固有諧振頻率），同時會有電流流過晶體。率），同時會有電流流過晶體。1.壓電效應和壓電振蕩壓電效應和壓電振蕩(1-51)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-51)(a)諧振頻率附近的等效電路諧振頻率附近的等效電路;(b)頻

29、率特性曲線頻率特性曲線圖圖8.1.28石英晶體的等效電路及其頻率特性石英晶體的等效電路及其頻率特性(1-52)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-52)000011212121CCfCCLCCCCCLfLCfSpS6410101CLRQ品質因數(shù)為品質因數(shù)為頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度111086010101010或ff串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率為串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率為(1-53)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-53)二、石英晶體正弦波振蕩電路二、石英晶體正弦波振蕩電路1.并聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路并聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路圖8.

30、1.29并聯(lián)型石英晶體振蕩電路(1-54)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-54)2.串聯(lián)型石英晶體振蕩電路串聯(lián)型石英晶體振蕩電路圖8.1.30串聯(lián)型石英晶體振蕩電路(1-55)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-55)8.2電壓比較器電壓比較器一、電壓比較器的電壓傳輸特性一、電壓比較器的電壓傳輸特性比較器的輸出電壓比較器的輸出電壓uO與輸入電壓與輸入電壓uI之間的對之間的對應關系叫作比較器的傳輸特性應關系叫作比較器的傳輸特性,它可用曲線表示它可用曲線表示,也也可用方程式表示?？捎梅匠淌奖硎?。電壓傳輸特性的三個要素：電壓傳輸特性的三

31、個要素：1.輸出高電平和低電平的數(shù)值：輸出高電平和低電平的數(shù)值：Uo=UOH(正正向飽和向飽和)、Uo=UOL(負向飽和負向飽和)；8.2.18.2.1概述概述(1-56)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-56)3.比較器的躍變反向：輸入信號結果閾值比較器的躍變反向：輸入信號結果閾值UT時是從低電平到高電平躍變還是從高電平到低時是從低電平到高電平躍變還是從高電平到低電平躍變。電平躍變。2.比較器的閾值：比較器的輸出狀態(tài)發(fā)生跳比較器的閾值：比較器的輸出狀態(tài)發(fā)生跳變的時刻變的時刻,所對應的輸入電壓值叫作比較器的閾所對應的輸入電壓值叫作比較器的閾值電壓值電壓,簡稱閾值

32、；或叫門限電壓簡稱閾值；或叫門限電壓,簡稱門限。簡稱門限。記作記作UT。(1-57)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-57)二、集成運放的非線性工作區(qū)二、集成運放的非線性工作區(qū)圖圖8.2.1集成運放工作在非線性區(qū)的集成運放工作在非線性區(qū)的電路特點及其電壓傳輸特性電路特點及其電壓傳輸特性(1-58)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-58)三、電壓比較器的種類三、電壓比較器的種類1.單限比較器單限比較器2.滯回比較器滯回比較器3.窗口比較器窗口比較器圖8.2.2電壓比較器電壓傳輸特性舉例(1-59)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉

33、換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-59)8.2.28.2.2單限比較器單限比較器uoui0+UOM-UOM+uoui一、過零比較器一、過零比較器+uouiuoui0+UOM-UOM(1-60)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-60)+uouitui例：例：利用電壓比較器將正利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲?。弦波變?yōu)榉讲āot+Uom-Uom仿真仿真(1-61)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-61)電路改進電路改進1：用二極管進行輸入限幅。用二極管進行輸入限幅。圖圖8.2.4電壓比較器輸入級的保護電路電壓比較器輸入級的保護電路(1-6

34、2)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-62)+uiuoui0+UZ-UZ電路改進電路改進2：用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓。用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓。+uiuo UZRR uo UZ電壓比較器的另一種形式電壓比較器的另一種形式將雙向穩(wěn)壓管接在負反將雙向穩(wěn)壓管接在負反饋回路上饋回路上(1-63)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-63)uoui0+Uom-UomUR傳輸特性傳輸特性UR：參考電壓：參考電壓ui：被比較信號：被比較信號+uouiUR特點：運放處于開環(huán)狀態(tài)。特點：運放處于開環(huán)狀態(tài)。當當uiUR時時,uo=+Uom當當uiUR時時,uo=

35、-Uom1.若若ui從同相端輸入從同相端輸入二、一般單限比較器二、一般單限比較器(1-64)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-64)+uouiURuoui0+Uom-UomUR當當uiUR時時,uo=-Uom2.若若ui從反相端輸入從反相端輸入(1-65)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-65)3.若若ui與參考電壓與參考電壓UREF在同端輸入在同端輸入圖8.2.7一般單限比較器及其電壓傳輸特性(1-66)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-66)REFINURRRuRRRu2122110PNuu令：

36、令：REFTURRU12分析電壓傳輸特性的三要素：分析電壓傳輸特性的三要素：（1）根據(jù)限幅電路確定電壓比較器的輸出低電平）根據(jù)限幅電路確定電壓比較器的輸出低電平UOL和和高電平高電平UOH;（2）寫出）寫出uN、uP的表達式，令的表達式，令uN=uP求出求出UT;（3）根據(jù)輸出信號的躍變反向，確定反相輸入還是同相）根據(jù)輸出信號的躍變反向，確定反相輸入還是同相輸入。輸入。(1-67)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-67)單限比較器的特點單限比較器的特點1.電路簡單電路簡單。2.當當Ao不夠大時，輸不夠大時，輸出邊沿不陡。出邊沿不陡。3.容易引入干擾。容易引入干擾

37、。tuiuot過零附近仍過零附近仍處于放大區(qū)處于放大區(qū)(1-68)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-68)8.2.38.2.3滯回比較器滯回比較器圖圖8.2.9滯回比較器及其電壓傳輸特性滯回比較器及其電壓傳輸特性一、反相輸入滯回比較器一、反相輸入滯回比較器(1-69)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-69)分析分析1.因為有正反饋，所以因為有正反饋，所以輸出飽和。輸出飽和。2.當當uo正飽和時正飽和時(uo=+UOM：U+TomUURRRU2113.當當uo負飽和時負飽和時(uo=UOM)：TomUURRRU211+uoRR2R1

38、ui參考電壓由參考電壓由輸出電壓決定輸出電壓決定特點：特點：電路中使用正反饋，運放處于非線性狀態(tài)。電路中使用正反饋，運放處于非線性狀態(tài)。1.沒加參考電壓的反沒加參考電壓的反相輸入滯回比較器相輸入滯回比較器(1-70)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-70)分別稱分別稱+UT和和-UT上下閾值電壓上下閾值電壓。稱。稱(+UT)(-UT)為為回差回差。當當ui增加到增加到UT時，輸出時，輸出由由Uom跳變到跳變到-Uom；+uoRR2R1ui當當ui減小到減小到UT時，輸出時，輸出由由-Uom跳變到跳變到Uom。傳輸特性：傳輸特性：uoui0Uom-Uom+UT-U

39、T小于回差的干擾不會引起小于回差的干擾不會引起跳轉。跳轉。跳轉時，正反饋加跳轉時，正反饋加速跳轉。速跳轉。(1-71)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-71)tuiUom-UomtuiUTUT例：例：反相輸入滯回比較器反相輸入滯回比較器的輸入為正弦波時，的輸入為正弦波時，畫出輸出的波形。畫出輸出的波形。+uoRR2R1ui(1-72)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-72)REFomTURRRURRRU212211REFomTURRRURRRU2122112.加上參考電壓后的反相輸入滯回比較器加上參考電壓后的反相輸入滯回比較器加上

40、參考電壓后的上下限：加上參考電壓后的上下限：+uoRR2R1uiUREFuoui0Uom-Uom+UT-UT(1-73)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-73)反相輸入滯回比較器兩種電路反相輸入滯回比較器兩種電路傳輸特性傳輸特性的比較的比較:+uoRR2R1uiuoui0Uom-Uom+UT-UT+uoRR2R1uiURuoui0Uom-Uom+UT-UT(1-74)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-74)例：例：R1=10k ，R2=20k ，UOM=12V，UR=9V當當輸入輸入ui為如圖所示的波形時，畫出輸出為如圖所示的波形

41、時，畫出輸出uo的的波形。波形。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-Uom+UT-UT5V10Vuit0(1-75)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-75)首先計算上下門限電壓：首先計算上下門限電壓：+uoRR2R1uiURV10212211RomHURRRURRRUV2212211RomLURRRURRRU(1-76)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-76)+UOM-UOM根據(jù)傳輸特性畫輸出波形圖。根據(jù)傳輸特性畫輸出波形圖。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-Uom+UT+UTuiuott10V5V002V(1-77

42、)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-77)0211212omiURRRuRRRuP=0時翻轉，可以求出上下門限電壓。時翻轉，可以求出上下門限電壓。0211212omiURRRuRRR二、同相輸入滯回比較器二、同相輸入滯回比較器+uoRR2R1uiTomiUURRu21TomiUURRu21當當u+u-=0時時,uo=+UOM當當u+u-=0時時,uo=-UOM1.沒加參考電壓的同相輸入滯回比較器沒加參考電壓的同相輸入滯回比較器(1-78)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-78)uoui0Uom-Uom傳輸特性曲線傳輸特性曲線+UT

43、-UT+uoRR2R1uiomTURRU21omTURRU21上下閾值電壓：上下閾值電壓：(1-79)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-79)+uoRR2R1uiUR上下閾值電壓：上下閾值電壓：當當uo=+UOM時：時：當當uo=-UOM時：時：RomiUURRRuRRR211212RomiUURRRuRRR211212RomTURRRURRU221212.加上參考電壓后的同相輸入滯回比較器加上參考電壓后的同相輸入滯回比較器RomTURRRURRU22121(1-80)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-80)傳輸特性：傳輸特性：+

44、UT-UTuoui0Uom-Uom+uoRR2R1uiUR+uoRR2R1uiuoui0Uom-Uom+UT-UT對照對照(1-81)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-81)遲滯比較器電路改進：遲滯比較器電路改進：為了穩(wěn)定輸出電壓，可以為了穩(wěn)定輸出電壓，可以在輸出端加上雙向穩(wěn)壓管。在輸出端加上雙向穩(wěn)壓管。思考題：思考題：如何計算上下限？如何計算上下限？ UZ+uoRR2R1uiuo UZ+RR2R1ui(1-82)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-82)8.2.48.2.4窗口比較器窗口比較器圖8.2.13雙限比較器及其電壓傳輸特

45、性(1-83)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-83)當輸入電壓當輸入電壓uI大于大于URH時時,必然大于必然大于URL,所以集成運放所以集成運放A1的輸出的輸出u01=+UOM,A2的輸出的輸出u02=-UOM,使得二極管使得二極管D1導通導通,D2截止截止,電流通路如圖中實線所標注電流通路如圖中實線所標注,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管Dz工作在穩(wěn)壓狀態(tài)工作在穩(wěn)壓狀態(tài),輸出電壓輸出電壓uo=+Uz。當當uI小于小于URL時時,必然小于必然小于URH,所以所以A1的輸出的輸出u01=-UOM,A2的輸出的輸出u02=+UOM因此因此D2導通導通,D1截止截止,電流電流通路如圖中

46、虛線所標注通路如圖中虛線所標注,Dz工作在穩(wěn)壓狀態(tài)工作在穩(wěn)壓狀態(tài),uo仍仍為為+Uz。當當URLuIUT,就有就有u-u+,在在ucUT時，時，u- T1時，則為鋸齒波發(fā)生器。時，則為鋸齒波發(fā)生器。uo1被嵌位被嵌位于于Uz8.3.38.3.3鋸齒波發(fā)生電路鋸齒波發(fā)生電路(1-103)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-103)uot改變三角波發(fā)生器中積改變三角波發(fā)生器中積分電路的充放電時間常數(shù)，分電路的充放電時間常數(shù)，使放電的時間常數(shù)近似為使放電的時間常數(shù)近似為0，即把三角波發(fā)生器轉換成了即把三角波發(fā)生器轉換成了理想鋸齒波發(fā)生器。理想鋸齒波發(fā)生器。couuuct

47、(1-104)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-104)()(10013tuttUCRuoZo設滑動端移到最上端，且設滑動端移到最上端，且u u0101=+U=+UZ Z時，時，D D1 1導通，導通，D D2 2截止，輸出電壓的表達式為截止，輸出電壓的表達式為uo隨時間線性下降。隨時間線性下降。(1-105)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-105)當當u u0101=-U=-UZ Z時，時，D D1 1截止，截止，D D2 2導通，輸出電壓的表達式為導通，輸出電壓的表達式為)()()(11123tuttUCRRuoZWouo隨

48、時間線性下降。隨時間線性下降。因因RWR3, u u0101和和u u0 0的波形如圖的波形如圖8.3.108.3.10所示。所示。)(2321011下降CRRRttT)()(2321122上升CRRRRttTW2231)2(2TRCRRRTW(1-106)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-106)WRRRTT3312占空比為：占空比為：調整調整R1、R2可以改變鋸齒波的幅值；調整可以改變鋸齒波的幅值；調整R1、R2、RW、C可以改變振蕩周期；調整電位器可以改變振蕩周期；調整電位器滑動端的位置，可以改變滑動端的位置，可以改變u01的占空比及鋸齒波上的占空比及鋸齒

49、波上升和下降的斜率。升和下降的斜率。(1-107)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-107)圖8.3.10 鋸齒波發(fā)生電路輸出波形(1-108)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-108) 例例1。請在圖。請在圖3(a)電路的變壓器原、副邊繞組標明同名端電路的變壓器原、副邊繞組標明同名端, 使電路能產(chǎn)生正弦波振蕩；寫出使電路能產(chǎn)生正弦波振蕩；寫出(a)、（、（b）電路振蕩頻率）電路振蕩頻率表達式；并分別寫明兩電路的名稱（變壓器反饋式振蕩電表達式；并分別寫明兩電路的名稱（變壓器反饋式振蕩電路，電感三點式振蕩電路，電容三點式振蕩電路）。

50、路，電感三點式振蕩電路，電容三點式振蕩電路）。 (1-109)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-109)01 2fLC圖圖(a)為變壓器反饋式振蕩電路為變壓器反饋式振蕩電路 圖圖(b)為電容三點式振蕩電路為電容三點式振蕩電路 012121 2fC CLCC(1-110)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-110)例例2.試用相位平衡條件判斷圖試用相位平衡條件判斷圖3中兩電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩，如中兩電路能否產(chǎn)生正弦波振蕩，如可能振蕩，指出該振蕩電路屬于什么類型，組成選頻網(wǎng)絡的元可能振蕩，指出該振蕩電路屬于什么類型，組成選頻網(wǎng)絡的元件

51、，并寫出其振蕩頻率表達式。件，并寫出其振蕩頻率表達式。 圖圖(a)能振蕩，為電容三點式振蕩電路能振蕩，為電容三點式振蕩電路組成選頻網(wǎng)絡的元件：組成選頻網(wǎng)絡的元件：C1，C2，L1 2121 2CCfCC CLC圖圖(b)能振蕩，為變壓器反饋式振蕩電路能振蕩，為變壓器反饋式振蕩電路組成選頻網(wǎng)絡的元件：組成選頻網(wǎng)絡的元件：C1，L 1 2fLC(1-111)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-111)例例3.RC正弦波振蕩電路如圖正弦波振蕩電路如圖3所示。所示。 (1)為使電路起振為使電路起振, Rf 應應如何選擇？如何選擇？ (2)欲使電路輸出欲使電路輸出100Hz

52、的正弦信號的正弦信號, R應選多應選多大大? （3）說明組成選頻網(wǎng)絡的有關元件）說明組成選頻網(wǎng)絡的有關元件。 1240fRRK12fRC115.92RKHzfC 解：解：(1) (2) (3)組成選頻網(wǎng)絡的元件：組成選頻網(wǎng)絡的元件：R，C (1-112)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-112) 例例4.圖中兩圖為正弦波發(fā)生器電路圖中兩圖為正弦波發(fā)生器電路, 請在圖中標明請在圖中標明N的輸入的輸入端符號和變壓器端符號和變壓器T的同名端；寫出圖的同名端；寫出圖(a)中電阻中電阻R1的取值要的取值要求和圖求和圖(b)振蕩頻率的表達式。振蕩頻率的表達式。 (1-113)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-113)12fRR1 2fLC圖圖(a)中：中：圖圖(b)中：中：(1-114)第第8 8章章 波形的發(fā)生和信號的轉換波形的發(fā)生和信號的轉換(8-114)例例5.理想運放理想運放N1, N2組成的電路如圖所示，回答下列問題：組成的電路如圖所示，回答下列問題： (1) N1, N2與相應的阻容元件各組成何種電路？與相應的阻容元件各組成何種電路？ (2)分別寫分別寫出出uo與與uo1 的關系式。的關系式。(3)設設t=0時刻，電容時刻，電容C上的電壓上的電壓Uc(0)=0，并已知，并已知