大学课件 模拟电子技术 chapt08

模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院第8章波形发生与信号转换电路小结8.2正弦波振荡电路8.4非正弦波发生电路8.1概述8.3电压比较器8.5利用集成运放实现信号的转换第8章波形发生与信号转换电路第8单波形发生与信号转换电路模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院信号产生电路(振荡器—Oscillators)分类：正弦波振荡:非正弦波振荡：RC振荡器(1kHz~数百kHz)LC振荡器(几百kHz以上)石英晶体振荡器(频率稳定度高)方波、三角波、锯齿波等主要性要求能：输出信号的幅度准确稳定输出信号的频率准确稳定8.1概述8.1概述模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院8.2正弦波振荡电路8.2.1正弦波振荡的条件8.2.2RC正弦波振荡电路8.2.3LC正弦波振荡电路8.2.4石英晶体正弦波振荡电路8.2正弦波振荡电路模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院8.2.1正弦波振荡的条件一、振荡条件放大器反馈网络Ui•Au•Fu•Uo•Uf•RL微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。;ioUUAu•••;ofUUFu•••1uuFA••—振幅平衡条件π2FAAFn—相位平衡条件n=0,1,2,1uuFA••8.2.1正弦波振荡条件1模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院二、起振条件起振条件iouuAuofuuFuπ2AFn放大器Au反馈网络FuUoUfUi1/FuAu=1/FuOuiuoAuuoAuFu1AuFu1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf起振稳幅1AF••8.2.1正弦波振荡条件2模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院三、电路的组成和起振的判断1.放大电路Au2.正反馈网络Fu3.选频率网络—实现单一频率的振荡4.稳幅环节—使振荡稳定、波形好满足振荡条件组成:8.2.1正弦波振荡条件3模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院放大器选频正反馈网络UoUfUi选频放大器正反馈网络UoUfUi判断:1.检查电路组成2.“Q”是否合适3.是否满足起振条件8.2.1正弦波振荡条件4模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院)j1//(j1Cj1//12ωCRωCRωRUUFu•••8.2.2RC正弦波振荡电路一、RC桥式振荡电路)1(j31ωRCωRC)(j3100ωωωω3//arctan00ωωωωF0Fu.310f9090200)//(91uF•1.RC串并联选频网络式中:0=1/RC当=0时Fu=1/3.=0º8.2.2RC正弦波振荡电路1模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院2.RC桥氏振荡电路A=2nF=0º2)电路：同相放大器1)组成：RfCR1RiUoUCRfU•••8.2.2RC正弦波振荡电路2模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院nAF23)振荡频率RCf2104)振荡条件21fRR1f2RRRf不能太大，否则正弦波将变成方波应使：1uuFA••31F•3A•8.2.2RC正弦波振荡电路3模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院5)稳幅措施为使电Au为非线性，起振时，应使Au3，稳幅后Au=3。CR1RfRiUoUCRfU正温度系数负温度系数热敏电阻稳幅)/1(1fuffRRART8.2.2RC正弦波振荡电路4模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院R1R2oUV1V2R3Au1+R2/R1=3为使失真小：R22R1R22R1R3Au1+(R2+R3)/R13起振时信号小，二极管电阻大12.4kR28.1kf0=1.94kHzRCf210二极管稳幅8.2k6.2k22k4.3k0.01F8.2k0.01F8.2.2RC正弦波振荡电路5模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院二、RC移相式振荡电路（补充）CRRfRoUCRC一节RC环节移相90二节RC环节移相180三节RC环节移相270RCf6π210对于的信号，180F180A0AF—满足相位平衡条件优点：结构简单缺点：选频特性差，输出波形差8.2.2RC正弦波振荡电路6模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院8.2.3LC正弦波振荡电路类型：变压器反馈式、电感三点式、电容三点式一、变压器反馈式LC振荡电路LrCIs.L的等效损耗电阻)j(j1)j(j1ωLrωCωLrωCZ)1(j1/CrrLrCL(一)LC并联回路的特性Z8.2.3LC正弦波振荡电路1模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院1.谐振频率f010，LCωLCfπ2102.谐振阻抗Z0rCLZ03.回路品质因数QCLrCrωrLωQ1100CωQLQωZ0008.2.3LC正弦波振荡电路2模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院4.频率特性)1(j1/ωrCωrLrCLZ)//(j1000ffffQZ0ZZ0Q大Q小0f90º90ºQ增大幅频特性相频特性8.2.3LC正弦波振荡电路3模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院5.并联谐振的本质—电流谐振LuCr–+iiLiC1)Z=Z0呈纯阻2)形成环流，大小是总电流的Q倍IQILωLQωIZZIILLC000CLII••IC•IL•U•I•8.2.3LC正弦波振荡电路4模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院(二)变压器反馈式振荡电路LC+VCCTRERB1RB2CECB180A180F0AF—满足相位平衡条件LCf210×同名端同极性8.2.3LC正弦波振荡电路5模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院8.2.3LC正弦波振荡电路61.电感三点式和电容三点式LC正弦波发生器把并联LC回路中的C或L分成两个，则LC回路就有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个极相连，就形成了LC三点式正弦波发生电路。它们又分为电感三点式和电容三点式两类。LC三点式正弦波发生电路图a）电感三点式b）电容三点式二、三点式LC振荡电路模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院8.2.3LC正弦波振荡电路72.组成LC三点式正弦波发生电路的规律LC三点式正弦波发生电路的一般结构如下图所示。图LC三点式正弦波发生电路的一般结构a）反相放大b）同相放大图a）为中点接地，图b）为一端接地模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院8.2.3LC正弦波振荡电路8结论：在LC三点式正弦波发生电路中，为了判断相位平衡条件，有：模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院3.电感三点式振荡电路C+VCCTRERB1RB2CECBL1L2C1×M123oU•iU•fU•8.2.3LC正弦波振荡电路9模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院)2(2121210CMLLLCf优点：缺点：易起振(L间耦合紧)；易调节(C可调)。输出取自电感，对高次谐波阻抗大，输出波形差。8.2.3LC正弦波振荡电路10模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院4.电容三点式振荡电路考毕兹振荡器(Colpitts)×LCCCCLCf212102121+VCCTRERB1RB2CECBLC1C2123LC3oU•iU•fU•8.2.3LC正弦波振荡电路11模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院优点：波形较好缺点：2)T极间电容影响f01)调频时易停振3211111CCCC212130LCLCfC3的改进8.2.3LC正弦波振荡电路12模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院8.2.4石英晶体(Crystal)振荡电路(一)石英晶体谐振器的阻抗特性1.结构和符号化学成分SiO2结构晶片涂银层焊点符号8.2.4石英晶体振荡电路1模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院2.压电效应形变形变机械振动外力压电谐振—外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。8.2.4石英晶体振荡电路2模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院3.等效电路rC0CLL—晶体的动态电感(103~102H)(大)C—晶体的动态电容(0.1pF)(小)r—等效摩擦损耗电阻(小)1qqqCLrQCo—晶片静态电容(几~几十pF)8.2.4石英晶体振荡电路3模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院1qqqCLrQ大小小大4.频率特性和谐振频率fXfPfS容性容性感性21qqSCLf21q0q0qPCCCCLf10qSCCf8.2.4石英晶体振荡电路4模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院5.使用注意2)要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停振。1)要接一定的负载电容CL(微调)，以达标称频率。8.2.4石英晶体振荡电路5模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院(二)石英晶体谐振电路1.串联型f=fs，晶体呈纯阻+VCCVRERB1RB2CBLC2.并联型fsffp，晶体呈感性+VCCVRERB1RB2CEC3C1C2RC××8.2.4石英晶体振荡电路6模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院8.3电压比较器8.3.1简单比较器8.3.2窗口比较器8.3.3滞回比较器8.3电压比较器模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院电压比较器(Comparer)的分类8.3.1简单比较器功能：类型基本比较器简单比较器(单门限)窗口比较器(双门限)滞回比较器(施密特触发器)比较电压信号(被测试信号与标准信号)大小OuIuO1.过零电压比较器uI0uI0UOmaxUOmaxUOHUOLuOuI8.3.1简单比较器1模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院OuIuO2.同相输入单门限比较器UZUREFuIUREFUZuIUREF门限电压UT特点:1)工作在非线性区2)不存在虚短(除了uI=UREF时)3)存在虚断门限电压UT=UREF8.3.1简单比较器2模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院8.3.2窗口比较器uOU1U2uID1D2uO1uO28.3.2简单比较器3模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院设U1U2，比较器采用单电源uIuO1uO2D1D2uOU2U1U2uIU1UOmax截止导通UZ0UOmax0导通截止UZ00截止截止0UZOuIuOU1U28.3.2简单比较器4模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院应用举例—三极管值分选电路50100，LED不亮。分析电路是否满足要求：50或100，LED亮，5V2.5VV1V2V+15V10k20k20k430k1M5k1.5k3CG8.3.2简单比较器5模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院[解]IB=(150.7)/1430=0.01mA当50时，IC0.5mA，UC2.5V,V2导通，LED亮当100时，IC1mA，UC5VV1导通，LED亮当50100时，2.5VUC5V，LED不亮8.3.2简单比较器6模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院1)电路和门限电压8.3.3滞回比较器1.反相型滞回比较器正反馈212Z211REFPRRRURRRUU当uIuP时，uO=UZ当uIuP时，uO=+UZ当uI=uP时，状态翻转212Z1REFTRRRURUU212Z1REFTRRRURUUuIRR1UREFR2R3UZPuO8.3.3滞回比较器1模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院例：R1=30k，R2=15k,UZ=6V,UREF=0,求UT。)(V23015156V)(23015156-TTUU，8.3.3滞回比较器2模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院特点：2)传输特性RR1uIUREFR2R3UZPuOOuIuOUT+UTUZUZ当uI逐渐增大时只要uIUT+，