第8章波形的发生和信号的转换.

模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第1页第8章波形的发生和信号的转换§8.1正弦波振荡电路§8.2电压比较器§8.3非正弦波发生电路§8.4信号的转换模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第2页§8.1正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成二、RC正弦波振荡电路三、LC正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第3页一、正弦波振荡的条件和电路的组成1.正弦波振荡的条件无外加信号，输出一定频率一定幅值的正弦波信号。与负反馈放大电路振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：'oioXXX由于半导体器件的非线性特性及稳幅电路的限制，最终输出稳定在一定的幅值。。模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第4页1.正弦波振荡的条件AF112πAFAFn一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即ooXAFX幅值平衡条件相位平衡条件1AF起振条件：要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合闸通电时对于f=f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第5页2.起振与稳幅：输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。很多种频率模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第6页频率逐渐变为单一模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第7页振幅越来越大模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第8页趋于稳幅模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第9页2.起振与稳幅1AF电路如何从起振到稳幅？)(ifXXoXooXAAA1F稳定的振幅非线性环节的必要性！1F1F模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第10页3.基本组成部分1)放大电路：放大作用2)正反馈网络：满足相位条件3)选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡4)非线性环节（稳幅环节）：稳幅常合二为一4.分类常用选频网络所用元件分类。1)RC正弦波振荡电路：1兆赫以下2)LC正弦波振荡电路：几百千赫～几百兆赫3)石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第11页1)是否存在四个主要组成部分；（放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节）2)放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路；3)是否满足相位条件，即是否存在f0，是否可能振荡；（利用瞬时极性法）4)是否满足幅值条件，即是否满足起振条件。5.判断方法和步骤模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第12页相位条件的判断方法：瞬时极性法断开反馈，在断开处给放大电路加f＝f0的信号Ui，且规定其极性，然后根据Ui的极性→Uo的极性→Uf的极性若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。iU极性？模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第13页二、RC正弦波振荡电路（桥式）1.RC串并联选频网络低频段高频段fF0090fU，，fF090fU，，Uo.Uf.I.Uo.Uf.I.在频率从0～∞中必有一个频率f0，φF=0º。模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第14页fo1j11jjRUCFURRCC∥＋∥113j()FRCRCRC串并联选频网络的频率响应当f=f0时，不但φ=0，且最大，为1/3。F000112π3j()fFffRCff令，则模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第15页RC串并联选频网络的频率响应2f212o12121221211j1111(1)j()jjRUCFRCURRRCCCRCRC∥＋∥故0121212πfRRCCmax122111FRCRC1212,CCRR若模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第16页1)是否可用共射放大电路？2)是否可用共集放大电路？3)是否可用共基放大电路？4)是否可用两级共射放大电路？2.电路组成应为RC串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。不符合相位条件不符合幅值条件输入电阻小、输出电阻大，影响f0可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于3，且Ri大、Ro小，对f0影响小模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第17页3.RC桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）用同相比例运算电路作放大电路。因同相比例运算电路有非常好的线性度，故R或Rf用热敏电阻，或加二极管作为非线性环节。文氏桥振荡器的特点？f12RR以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络、并引入电压串联负反馈，两个网络构成桥路，一对顶点作为输出电压，一对顶点作为放大电路的净输入电压，就构成文氏桥振荡器。模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第18页频率可调的文氏桥振荡器改变电容以粗调，改变电位器滑动端以微调。加稳压管可以限制输出电压的峰-峰值。同轴电位器模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第19页模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第20页起振阶段波形稳定波形模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第21页讨论一：合理连接电路，组成文氏桥振荡电路？？模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第22页讨论二：判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？RC移项式电路RC双T选频网络iU选频网络和正反馈网络是两个网络。1)RC移相电路有几级才可能产生正弦波振荡？2)若R和C互换呢？正反馈网络选频网络模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第23页222222114oiURCURCjRC01==0oiURCU当时，01T2πfRC故称为双网络的谐振频率双T网络带阻滤波器模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第24页三、LC正弦波振荡电路1.LC并联网络的频率特性0112πLQfRCLC，理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。012πfLC谐振频率为在损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗在f=f0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？2QR0QI模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第25页构成正弦波振荡电路最简单的做法是通过变压器引入反馈。附加相移LC选频放大电路→正弦波振荡电路当f=f0时，电压放大倍数的数值最大，且附加相移为0。放大电路反馈网络Uo共射电路φA=-π模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第26页2.变压器反馈式电路)(0iffUfUC1是必要的吗？特点：易振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：1)是否存在四个组成部分2)放大电路是否能正常工作3)是否满足相位条件4)是否可能满足幅值条件为使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。必须有合适的同名端！如何组成？模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第27页3.电感反馈式电路反馈电压取自哪个线圈？反馈电压的极性？)(0iffUfU必要吗？电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电感三点式电路。电路特点？模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第28页3.电感反馈式电路特点：耦合紧密，易振，振幅大，C用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。1AFNAF因为放大电路的输入电阻就是它自身的负载，故与具有相关性；若增大，则增大，减小。由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第29页4.电容反馈式（电容三点式）电路iUfU0121212π()fLCCCC若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当电容减小到一定程度时，晶体管的极间电容将并联在C1和C2上，影响振荡频率。12012πCCCCfLC若且，则特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。C与放大电路参数无关作用？模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第30页四、石英晶体正弦波振荡电路SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。容性感性阻性0sp12πCCffLC因，故一般LC选频网络的Q为几百，石英晶体的Q可达104～106；前者Δf/f为10-5，后者可达10-10～10-11。1.石英晶体的特点模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第31页2.电路①石英晶体工作在哪个区？②是哪种典型的正弦波振荡电路？①石英晶体工作在哪个区？②两级放大电路分别为哪种基本接法？③C1的作用？是必需的吗？（1）并联型电路（2）串联型电路模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第32页讨论一：改错，使电路有可能产生正弦波振荡同名端对吗？放大电路能放大吗？各电容的作用？模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第33页讨论二：三个电路有什么相同之处？同名端？iU能产生正弦波振荡吗？“判振”时的注意事项：1.放大电路必须能够正常工作，分清放大电路的基本接法；2.断开反馈，在断开处加f=f0的输入电压；3.找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第34页§8.2电压比较器一、概述二、单限比较器三、滞回比较器四、窗口比较器五、集成电压比较器模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第35页一、概述1.电压比较器的功能：对输入信号进行鉴幅与比较。输入电压是模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况，为二值信号。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。广泛用于各种报警电路。2.电压比较器的描述方法:电压传输特性uO＝f(uI)电压传输特性的三个要素：（1）输出高电平UOH和输出低电平UOL（2）阈值电压UT（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第36页3.几种常用的电压比较器（1）单限比较器：只有一个阈值电压（3）窗口比较器：有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。（2）滞回比较器：具有滞回特性输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。T1T2UUU回差电压：模拟电路2019年12月19日星期四ShandongUniversity第37页4.集成运放的非线性工