模擬電路波形的產(chǎn)生與變換電路

一.產(chǎn)生自激振蕩的條件fidXXX-=改成正反饋只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。8.1正弦波振蕩器的基本原理+Xi–f基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXX當前1頁，總共58頁。如果：,ifXX=則去掉,iX仍有信號輸出。反饋信號代替了放大電路的輸入信號。Xi+f基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXXXdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX當前2頁，總共58頁。FA=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：（2）相位條件：pjjnFA2=+n是整數(shù)因為：..動畫演示Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX當前3頁，總共58頁。二.起振條件和穩(wěn)幅原理起振條件：結(jié)果：產(chǎn)生增幅振蕩（略大于）1、被動：器件非線性2、主動：在反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)節(jié)放大電路的增益穩(wěn)幅過程：起振時，穩(wěn)定振蕩時，穩(wěn)幅措施：起振過程Xdof基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FXX當前4頁，總共58頁。1.放大電路2.正反饋網(wǎng)絡(luò)3.選頻網(wǎng)絡(luò)——只對一個頻率滿足振蕩條件，從而獲得單一頻率的正弦波輸出。常用的選頻網(wǎng)絡(luò)有RC選頻和LC選頻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。三.正弦波振蕩器的一般組成當前5頁，總共58頁。8.2RC正弦波振蕩電路一.RC

串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性R1C1

串聯(lián)阻抗：R2C2

并聯(lián)阻抗：選頻特性：當前6頁，總共58頁。1.定性分析：（1）當信號的頻率很低時。>>R1>>R2其低頻等效電路為：其頻率特性為：當ω=0時，uf=0，│F│=0=+90°當ω↑時，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF90°當前7頁，總共58頁。（2）當信號的頻率很高時。＜＜R1＜＜R2其高頻等效電路為：其頻率特性為：當ω=∞時，uf=0，│F│=0=-90°當ω↓時，uf=↑，│F│↑↓0|F|0φF-90°當前8頁，總共58頁。ω0=？│F│max=？由以上分析知：一定有一個頻率ω0存在，當ω=ω0時，│F│最大，且=0°0|F|0φF90°0|F|0φF-90°當前9頁，總共58頁。2.定量分析R1C1

串聯(lián)阻抗：R2C2

并聯(lián)阻抗：頻率特性：當前10頁，總共58頁。通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，則有：式中：可見：當時，│F│最大，且=0°

│F│max=1/3當前11頁，總共58頁。RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完整的頻率特性曲線：當時，│F│=│F│max=1/3φF+90°|F|當前12頁，總共58頁。二.RC橋式振蕩器的工作原理：在f0處滿足相位條件：因為：AF=131=F11f+=RRA1f2RR=只需：A=3輸出正弦波頻率：振幅條件：引入負反饋：選：當前13頁，總共58頁。例題:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf為多大時才能起振？振蕩頻率f0=？AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=210=20k=1592Hz起振條件：當前14頁，總共58頁。能自動穩(wěn)幅的振蕩電路半導體熱敏電阻(負溫度系數(shù)）起振時Rt較大使A>3,易起振。當uo幅度自激增長時，Rt減小，A減小。

當uo幅度達某一值時，A→3。當uo進一步增大時，RT再減小,使A<3。因此uo幅度自動穩(wěn)定于某一幅值。當前15頁，總共58頁。能自動穩(wěn)幅的振蕩電路

起振時D1、D2不導通，Rf1+Rf2略大于2R1。隨著uo的增加，D1、D2逐漸導通，Rf2被短接，A自動下降，起到穩(wěn)幅作用。

將Rf分為Rf1

和Rf2，

Rf2并聯(lián)二極管EWB演示——RC振蕩器當前16頁，總共58頁。K：雙聯(lián)波段開關(guān)，切換R，用于粗調(diào)振蕩頻率。C：雙聯(lián)可調(diào)電容，改變C，用于細調(diào)振蕩頻率。振蕩頻率的調(diào)節(jié)：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振蕩頻率：當前17頁，總共58頁。三.RC移相式振蕩電路

1.RC移相電路

（1）RC超前移相電路

（2）RC滯后移相電路

φA+90°+180°+270°0°φA-90°-180°-270°0°當前18頁，總共58頁。2.RC移相式振蕩電路

在f0處滿足相位條件：當前19頁，總共58頁。1.LC并聯(lián)諧振回路的選頻特性(阻性)LC并聯(lián)諧振特點：諧振時，總路電流很小，支路電流很大，電感與電容的無功功率互相補償，電路呈阻性。R為電感和回路中的損耗電阻8.3LC正弦波振蕩器當時，并聯(lián)諧振。諧振時，電路呈阻性：當前20頁，總共58頁。

Q為諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，Q值越大，曲線越陡越窄，選頻特性越好。諧振時LC并聯(lián)諧振電路相當一個大電阻。LC并聯(lián)諧振回路的幅頻特性曲線|Z|Q小Q大當前21頁，總共58頁。互感線圈的極性判別1234初級線圈次級線圈同名端1234+–+–

在LC振蕩器中，反饋信號通過互感線圈引出同名端：當前22頁，總共58頁。二.變壓器反饋式LC振蕩電路

工作原理：三極管共射放大器。利用互感線圈的同名端：

滿足相位條件。振蕩頻率:當前23頁，總共58頁。判斷是否是滿足相位條件——相位平衡法：

斷開反饋到放大器的輸入端點，假設(shè)在輸入端加入一正極性的信號，用瞬時極性法判定反饋信號的極性。若反饋信號與輸入信號同相，則滿足相位條件；否則不滿足。(+)(-)(+)當前24頁，總共58頁。(+)(+)(+)(+)LC正弦波振蕩器舉例滿足相位平衡條件當前25頁，總共58頁。（+）（+）（–）（+）

LC正弦波振蕩器舉例振蕩頻率:（–）滿足相位平衡條件當前26頁，總共58頁。仍然由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)三.

三點式LC振蕩電路原理：uf與uo反相uf與uo同相電感三點式：電容三點式：uf與uo反相uf與uo同相當前27頁，總共58頁。

1.電感三點式LC振蕩電路振蕩頻率：當前28頁，總共58頁。2.電容三點式LC振蕩電路振蕩頻率：當前29頁，總共58頁。例：試判斷下圖所示三點式振蕩電路是否滿足相位平衡條件。當前30頁，總共58頁。Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。8.4

石英晶體振蕩電路1.頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度一般由來衡量——頻率偏移量?！袷庮l率。LC振蕩電路Q——數(shù)百石英晶體振蕩電路Q——10000500000當前31頁，總共58頁。一.

石英晶體2.基本特性1.結(jié)構(gòu)：極板間加電場極板間加機械力晶體機械變形晶體產(chǎn)生電場壓電效應(yīng)：交變電壓機械振動交變電壓機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高。當交變電壓頻率=固有頻率時，振幅最大

符號壓電諧振當前32頁，總共58頁。3.石英晶體的等效電路與頻率特性等效電路：（1）串聯(lián)諧振頻率特性：

晶體等效純阻且阻值≈0（2）并聯(lián)諧振通常所以X感性0容性當前33頁，總共58頁。二.石英晶體振蕩電路利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的特點，構(gòu)成LC振蕩電路。1.并聯(lián)型石英晶體振蕩器

石英晶體工作在fs與fp之間，相當一個大電感，與C1、C2組成電容三點式振蕩器。由于石英晶體的Q值很高，可達到幾千以上，所以電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。X感性0容性當前34頁，總共58頁。2.串聯(lián)型石英晶體振蕩器

石英晶體工作在fs處，呈電阻性，而且阻抗最小，正反饋最強，相移為零,滿足振蕩的相位平衡條件。對于fs以外的頻率，石英晶體阻抗增大,且相移不為零，不滿足振蕩條件，電路不振蕩。

X感性0容性當前35頁，總共58頁。例：分析下圖的振蕩電路能否產(chǎn)生振蕩，若產(chǎn)生振蕩,石英晶體處于何種狀態(tài)？當前36頁，總共58頁。8.5比較器

將一個模擬電壓信號與一參考電壓相比較，輸出一定的高低電平。功能：構(gòu)成：運放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關(guān)系uo=f(ui)是非線性函數(shù)。uoui0+UOM-UOM當前37頁，總共58頁。1.運放工作在非線性狀態(tài)的判定：電路開環(huán)或引入正反饋。運放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法2.運放工作在非線性狀態(tài)的分析方法：若U+＞U-

則UO=+UOM；若U+＜U-

則UO=-UOM。虛斷（運放輸入端電流=0）

注意：此時不能用虛短！uoui0+UOM-UOM當前38頁，總共58頁。uoui0+UOM-UOM1.過零比較器:（門限電平=0）uoui0+UOM-UOM一.單門限電壓比較器當前39頁，總共58頁。tuituo+Uom-Uom例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲ā．斍?0頁，總共58頁。2.單門限比較器（與參考電壓比較）uoui0+Uom-UomUREFUREF為參考電壓當ui>UREF時,uo=+Uom當ui<UREF時,uo=-Uom

運放處于開環(huán)狀態(tài)當前41頁，總共58頁。uoui0+Uom-UomUREF當ui<UREF時,uo=+Uom當ui>UREF時,uo=-Uom

若ui從反相端輸入當前42頁，總共58頁。uoui0+UZ-UZ（1）用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓忽略了UD3.限幅電路——使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值當ui>0時,uo=+UZ當ui<0時,uo=-UZ

當前43頁，總共58頁。（2）穩(wěn)幅電路的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在負反饋回路中uoui0+UZ-UZ當ui>0時,uo=-UZ當ui<0時,uo=+UZ

當前44頁，總共58頁。二.遲滯比較器1.工作原理——兩個門限電壓。特點:電路中使用正反饋——運放工作在非線性區(qū)。（1）當uo=+UZ時，（2）當uo=-UZ時，UT+稱上門限電壓UT-稱下門限電壓UT+-UT-稱為回差電壓當前45頁，總共58頁。遲滯比較器的電壓傳輸特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-設(shè)ui

,當ui=<UT-時,

uo從-UZ+UZ這時,uo=-UZ,u+=UT-設(shè)初始值:

uo=+UZ,

u+=UT+設(shè)ui,當ui=>UT+時,

uo從+UZ-UZ當前46頁，總共58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。上下限：uoui08V3V傳輸特性+6V-6V當前47頁，總共58頁。3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V傳輸特性+6V-6V當前48頁，總共58頁。1.電路結(jié)構(gòu)由滯回比較電路和RC定時電路構(gòu)成上下限:8.6方波發(fā)生器當前49頁，總共58頁。2.工作原理：(1)設(shè)uo

=

+UZ,

此時，uO給C充電,uc

，則：u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦uc>UT+

,就有u->u+,uo

立即由＋UZ變成－UZ

。在uc<UT+

時，u-

<u+,

設(shè)uC初始值uC(0+)=0方波發(fā)生器uo保持+UZ不變+UZ當前50頁，總共58頁。此時，C向uO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。-UZ當前51頁，總共58頁。0UT+uctUT-+UZuo0t-UZT完整的波形：動畫演示計算振蕩周期T。EWB演示——方波發(fā)生器當前52頁，總共58頁。周期與頻率的計算：0UT+uctUT-+UZ-UZT1T2TT=T1+T2=2T2

uc(t)=UC()+UC(0+)-UC()e,=RC-tT2階段uc(t)的過渡過程方程為:f=1/T可推出:當前53頁，總共58頁。3、占空比可調(diào)的方波發(fā)生器UZuo0t-UZ

改變電位器RW

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)。當前54頁，總共58頁。8.7三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)生器工作原理：若uo1=+UZ，uo2↓，u+↓。

當u+≤0時，uo1翻轉(zhuǎn)為-UZ。若uo1=-UZ，uo2↑，u+↑

。

當u+≥0時，uo1翻轉(zhuǎn)為