8.0-8.1波形的发生和信号的转换

8.0波形的发生和信号的转换1、本章概况：属于电路应用篇，即能产生某种特定的波形的电路，或将信号进行转换的电路。2、产生某种特定的信号有何用途：作为测试信号或控制信号。3、产生各种波形的基本思路：振荡。RC振荡器、振荡条件判断、波形变换、振荡频率8.1正弦波振荡电路1、电路特点——反馈放大电路+同相比例+正反馈+选频网络2、振荡特点——在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激振荡而产生正弦波输出电压。产生正弦波振荡的条件1、当Auf趋近于3时，Aup趋近于无穷大，对应于电路产生自激振荡。2、振荡条件定性分析——一要反馈信号能够取代输入信号，包含要求电路中必须引入正反馈；二要有外加的选频网络，用以确定振荡频率。xo=AFXOAF=1110ofdXFAXXX1FA振幅平衡条件为：1||FA相位条件为：nfa2其中......3,2,1,0n仅当在上述两个条件全部满足时，才能够产生正弦振荡。起振幅度条件：1||FA反馈振荡器的原理起振过程稳幅过程正弦波振荡条件：1、综合平衡条件AF=12、幅值平衡条件|AF|=13、相位平衡条件φA+φF=2n∏(n为整数)4、起振条件|AF|1··正弦波振荡电路的组成：1、放大电路——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量，实现能量的控制。2、选频网络——把除频率f=fo以外的输出量均逐渐衰减为零，使电路产生单一频率f=fo的振荡（正弦波）。3、正反馈网络——使uf=ui4、稳幅环节——就是非线性环节，由|AF|1到|AF|=1，使输出信号幅值稳定。正弦波振荡电路的分类：根据选频网络所用的元件来命名，分为——1、RC正弦波振荡电路，振荡频率较低，1MHZ2、LC正弦波振荡电路1MHZ3、石英晶体正弦波振荡电路，1MHZ,频率稳定。如何判断电路是否可能产生正弦波振荡？1、观察电路是否包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。2、判断放大电路是否能够正常工作，即是否有合适的静态工作点且动态信号能否输入、输出和放大。3、利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦振荡的相位条件，uf与ui极性相同。4、判断电路是否满足正弦振荡的幅值条件，即是否满足起振条件。8.1.2RC正弦振荡电路电路特点——1、电压串联负反馈放大电路（同相比例）2、以RC串并联网络为正弦反馈网络同时以RC串并联网络为选频网络3、一边是负反馈网络的R1、Rf，另一边是正反馈网络串联的R1C和并联的R1C，两边各作一臂构成桥路，故称RC桥式正弦波振荡电路。RC正弦波振荡电路1.RC串并联振荡电路(1)RC串并联电路的选频特性R1C1串联阻抗：212ofZZZUUF)j/1(111CRZ222222j1)j/1//(CRRCRZR2C2并联阻抗：选频特性：++++Ru+-o-fu+12RC12CZ1Z2a)定性分析：1)当信号的频率很低时:R111CR221C其低频等效电路为：其频率特性为：当ω=0时，uf=0，|F|=0，=+90°F当ω↑时，uf=↑，|F|↑，↓F++++fo-+R21u-uC+0|F|0φF90°2)当信号的频率很高时：＜＜R111C＜＜R221C其高频等效电路为：其频率特性为：当ω=∞时，uf=0，|F|=0，=-90°F当ω↓时，uf=↑，|F|↑，↓F++++ou-f-u+2C+1R0|F|0φF-90°ω0=？│F│max=？由以上分析知：一定有一个频率ω0存在，当ω=ω0时，│F│最大，且=0°F0|F|0φF90°0|F|0φF-90°b)定量分析)j/1(111CRZ222222j1)j/1//(CRRCRZR1C1串联阻抗：R2C2并联阻抗：212ofZZZUUF频率特性：++++Ru+-o-fu+12RC12CZ1Z2)1j()1(1j1j1j11221211222211222CRCRRRCCCRRCRCRRF通常，取R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，则有：)j(3100F式中：RC10可见：当时，│F│最大，且=0°RC10F│F│max=1/3RC串并联网络完整的频率特性曲线：RC10当时，│F│=│F│max=1/30FRC10RCf210φFo+90°o|F|1/3要满足相位条件：要满足振幅平衡条件：(2)振荡频率和起振条件当时，。31F0ff必须使：，因此：1||FA3||A必须使：，因为，此时nfa20f0a如果放大电路满足上述条件，电路振荡，且振荡频率为：RCff210起振条件是因此要求1||FA3||A负温度系数正温度系数8.1.3LC正弦波振荡电路放大电路（分立元件）选频网络（LC谐振回路）正反馈网络（变压器式、电感式、电容式）一、LC谐振回路的频率特性(选频特性)RCLZ0(阻性)LC并联谐振特点：谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。R为电感和回路中的损耗电阻当时，并联谐振。LC10谐振时，电路呈阻性：-+LCRiCiLiuLC谐振回路的特性1、采用LC并联网络2、谐振频率fo=1/2√LC3、f=fo时，｜Z｜电抗取得了最大值，共射放大电路的电压放大倍数的数值最大，且无附加相移。对于其它频率的信号，电压放大倍数不但数值减小，而且有附加相移。该电路有选频特性，称之为选频放大电路。二、变压器反馈式振荡电路1、四个部分：放大、选频、正反馈、非线性2、瞬时极性：共射接法集电极极性相反，对于电感线圈两端极性相反，对于变压器同名端极性相同。当时，谐振。CL101三、电感反馈式振荡电路1、四个部分：放大、选频、正反馈、非线性2、瞬时极性：对于同一电感线圈，两端极性相反。3、交流通路中，原边线圈的三个端分别接在晶体管的三个极，故称电感反馈式振荡电路为电感三点式电路。CMLLLCf)2(2121210四、电容反馈式振荡电路1、四个部分：放大、选频、正反馈、非线性2、瞬时极性：电容两端极性相反，电容串联时同电池连接，正反相接。：212102121CCCCLLCf改进型电容三点式振荡器普通电容三点式振荡器振荡频率不仅取决于LC回路参数，还与晶体管内部参数(Coe、Cie)有关，而晶体管参数与环境温度、电源电压有关联，因些其稳定度不高。)())((212121210ieoeieoeCCCCCCCCLLCf要求：C1C3C2C33313221321CCCCCCCCCCC振荡频率只取决于L、C3大小,与C1,C2无关.于是可增加C1,C2以减小结电容对频率的影响。克拉泼振荡器存在问题：增大C1和减少C3时引起振荡幅度下降，难于起振。要求：C1C3；C2C3C1C4；C2C4343214/1/1/11CCCCCCC)(2121430CCLLCf构成三点式振荡器的原则(相位判断依据)谐振时，回路的总电抗等于零。即：0cbbeceXXX根据共射极放大电路特性：000cebecebecebecebecebeXXXXIXIXuuuu从上式得出：Xbe、Xce应属同类电抗；Xcb=-(Xbe+Xce)属异类电抗即：射同基异8.1.4石英晶体正弦波振荡电路1、石英晶体的特性压电效应——加交变电场时会产生机械变形，而机械振动又会产生交变电场压电振荡——所加交变电场的频率为一特定值时，机械振动振幅最大，产生共振现象2、石英晶体等效特性呈电容特性——当ffs或ffp时，co和c起主导作用呈电感特性——当fsffp时，呈电感特性呈电阻特性——当f=fs时，支路串联谐振；当f=fp时并联谐振时，石英晶体呈现感性，于是可以用石英晶体取代在这一频率范围电容三点式振荡电路中的电感L，构成并联型的石英晶体正弦波振荡电路。同样也可以利用石英晶体的串联谐振性质作反馈网络中的选频电路，构成串联型的石英晶体正弦波振荡电路。psfff两种石英晶体正弦波振荡电路1、并联型石英晶体正弦波振荡电路石英晶体呈电感特性，同电容三点式2、串联型石英晶体正弦波振荡电路石英晶体串联谐振，呈纯电阻特性，使电路满足正反馈相位条件。并串