8-波形的发生和信号的转换

第八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信号转换电路§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信号。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：o'ioXXX由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。。1.正弦波振荡的条件π211FAnFAFA一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即ooXFAX幅值平衡条件相位平衡条件1FA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。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。很多种频率频率逐渐变为单一振幅越来越大趋于稳幅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：振荡频率稳定二、RC正弦波振荡电路1.RC串并联选频网络2.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。1f2RR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。§8.2电压比较器一、概述二、单限比较器三、滞回比较器四、窗口比较器一、概述1.电压比较器的功能：比较电压的大小:输入电压是模拟信号；输出电压表示比较结果，高电平和低电平。2.集成运放的非线性工作区电路特征:集成运放开环或仅引入正反馈理想运放工作在非线性区的特点：1)净输入电流为02)uPuN时，uO＝＋UOMuPuN时，uO＝－UOM3.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。二、单限比较器（1）UT＝0（2）UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM（3）uI0时uO＝－UOM;uI0时uO＝＋UOM1.过零比较器输出限幅电路为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。UOH＝－UOL＝UZ电压比较器的分析方法：（1）写出uP、uN的表达式，令uP＝uN，求解出的uI即为UT；（2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；（3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出电压的跃变方向。2.一般单限比较器，得令0PNI211REF212NuuuRRRURRRuREF12TURRUZOUU作用于反相输入端0REF＜U三、滞回比较器，得令PNO211PIN,uuuRRRuuuZOHZOLUUUUZ211TURRRU1.阈值电压2.工作原理及电压传输特性设uI＜－UT，则uN＜uP，uO＝+UZ。此时uP＝+UT，增大uI，直至+UT，uO才从+UZ跃变为－UZ。此时uP＝－UT，减小uI，直至－UT，uO才从－UZ跃变为+UZ。ZOUUZ211TURRRUT2T1UUU回差电压：1.若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？讨论：如何改变滞回比较器的电压传输特性2.若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？3.若要改变输入电压过阈值电压时输出电压的跃变方向，则应如何修改电路？改变输出限幅电路向左右移多少？四、窗口比较器RHIUuOMUOMURLIUuOMUOMU当uIURH时，uO1=－uO2=UOM，D1导通，D2截止；uO=UZ。当uIURL时，uO2=－uO1=UOM，D2导通，D1截止；uO=UZ。当URLuIURH时，uO1=uO2=－UOM，D1、D2均截止；uO=0。§8.3非正弦波发生电路一、常见的非正弦波二、矩形波发生电路三、三角波发生电路一、常见的非正弦波矩形波三角波锯齿波尖顶波阶梯波矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。1.电路组成Z211TURRRU正向充电：uO（+UZ）→R3→C→地反向充电：地→C→R3→uO（－UZ）RC回路ZU滞回比较器ZU二、矩形波发生电路2.工作原理：设某一时刻uo＝+UZ，电容正向充电(uo通过R3向C充电)，uN＝uc，uP＝+UT；当uN↑＝+UT时，uo从+UZ跳变为－UZ。此时电容反向充电，uN↓，uP＝－UT；当uN＝－UT时，uO从－UZ跃变为+UZ。求出、终了值、时间常数，根据三要素，即起始值)21ln(2213RRCRT%50kTTq占空比脉冲宽度3.波形分析4.占空比可调电路正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。三、三角波发生电路用积分运算电路可将方波变为三角波。两个RC环节实际电路将两个RC环节合二为一ZU§8.4信号的转换一、u-i转换电路二、精密整流电路一、u-i转换电路i1IORRui，RRRuiiIL，若信号源不能输出电流，则选电路一；若信号源能够输出一定的电流，则可选电路二。若负载需接地，则上述两电路均不符合要求。电路一电路二引入了电流串联负反馈引入了电流并联负反馈为什么一般的整流电路不能作为精密的信号处理电路？二、精密整流电路若uImaxUon，则在uI的整个周期中uO始终为零；若uImaxUon，则uO仅在大于Uon近似为uI，失真。精密整流电路是信号处理电路，不是电源中AC-DC的能量转换电路；实现微小信号的整流。设R＝Rf。导通，截止，，时，IO21'OIDD00uuuu。导通，截止，，时，0DD00O12'OIuuu对于将二极管和晶体管作电子开关的集成运放应用电路，在分析电路时，首先应判断管子相当于开关闭合还是断开，它们的状态往往决定于输入信号或输出信号的极性。精密整流电路的组成半波整流，若加uI的负半周，则实现全波整流0Iu0Iu